La cámara tradicional, incluso la de los teléfonos móviles más delgados, no pueden ser verdaderamente planas debido a las lentes de su óptica: lentes que requieren una cierta forma y tamaño para funcionar. En Caltech, los ingenieros han desarrollado un nuevo diseño de cámara que reemplaza las lentes con una matriz óptica ultrafina (OPA). La OPA hace computacionalmente lo que hacen las lentes usando grandes piezas de vidrio: manipula la luz entrante para capturar una imagen.

Las lentes tienen una curva que dobla la trayectoria de la luz entrante y la fija en una película o, en el caso de las cámaras digitales, un sensor de imagen. El OPA tiene una amplia gama de receptores de luz, cada uno de los cuales puede agregar individualmente un retardo de tiempo firmemente controlado (o cambio de fase) a la luz que recibe, permitiendo a la cámara buscar selectivamente en diferentes direcciones y centrarse en diferentes cosas.

«Aquí, como en la mayoría de las otras cosas de la vida, el tiempo lo es todo, con nuestro nuevo sistema, puedes mirar selectivamente en la dirección deseada y en una pequeña parte de la imagen delante de ti en cualquier momento, controlando el tiempo, dice Ali Hajimiri, profesor de Ingeniería Eléctrica y Ingeniería Médica en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech, e investigador principal de un estudio que describe la nueva cámara. El artículo fue presentado en la Conferencia de la Sociedad Óptica de América (OSA) sobre lasers y electro-óptica (CLEO) y publicado en línea por la OSA en el OSA Technical Digest en marzo de 2017.

«Hemos creado una sola capa fina de fotónica integrada de silicio que emula el objetivo y el sensor de una cámara digital, reduciendo el grosor y el coste de las cámaras digitales. Puede imitar una lente regular, pero puede cambiar de un ojo de pez a un teleobjetivo instantáneamente, con solo un simple ajuste en la forma en que la matriz recibe luz«, dice Hajimiri.

Las matrices en fase, que se utilizan en la comunicación inalámbrica y el radar, son colecciones de transmisores individuales, todos envían la misma señal que las ondas. Estas ondas interfieren entre sí de forma constructiva y destructiva, amplificando la señal en una dirección mientras se anula en otro lugar. Por lo tanto, una matriz puede crear un haz de señal estrechamente enfocado, que se puede dirigir en diferentes direcciones escalonando la sincronización de las transmisiones hechas en varios puntos a través de la matriz.

Un principio similar se utiliza a la inversa en un receptor de matriz en fase óptica, que es la base para la nueva cámara. Las ondas de luz que son recibidas por cada elemento a través de la matriz se cancelan entre sí desde todas las direcciones, excepto una. En esa dirección, las ondas se amplifican para crear una «mirada» enfocada que puede ser controlada electrónicamente y así pueden ser substituidas las lentes.

«Lo que hace la cámara es similar a mirar a través de una paja fina y escanearla a través del campo de visión. Podemos formar una imagen a una velocidad increíblemente rápida manipulando la luz en lugar de mover un objeto mecánico«, dice el estudiante Reza Fatemi MS ’16), autor principal del documento OSA.

El año pasado, el equipo de Hajimiri lanzó una versión unidimensional de la cámara que era capaz de detectar imágenes en una línea, de modo que actuaba como un lector de código de barras sin lente, pero sin partes mecánicamente móviles. El avance de este año fue construir la primera matriz bidimensional capaz de crear una imagen completa. Esta primera cámara sin lentes 2D tiene una matriz compuesta de solo 64 receptores de luz en una cuadrícula de 8 por 8. La imagen resultante tiene baja resolución. Pero este sistema representa una prueba de concepto para un replanteamiento fundamental de la tecnología de cámaras, dicen Hajimiri y sus colegas.

«Las aplicaciones son infinitas«, dice el estudiante de posgrado Behrooz Abiri (MS ’12), coautor del trabajo de OSA. «Incluso en los teléfonos inteligentes de hoy en día, la cámara es el componente que limita la delgadez de tu teléfono. Una vez ampliada, esta tecnología puede volver en obsoletas lentes y cámaras gruesas.

«La capacidad de controlar electrónicamente todas las propiedades ópticas de una cámara utilizando una fina capa de fotónica de silicio de bajo coste sin ningún movimiento mecánico, lentes o espejos, abre un nuevo mundo de imágenes que podría parecerse a papel tapiz, persianas o Incluso la tela usable «, dice Hajimiri. A continuación, el equipo trabajará en la ampliación de la cámara mediante el diseño de chips que permiten receptores mucho más grandes con mayor resolución y sensibilidad.

Hay muchas escuelas de psicoterapia para tratar la depresión con éxito. Los tratamientos eficaces pueden ser tan simples como hacer más ejercicio, o tan extremo como la hospitalización. Entre estos dos polos, sin embargo, son las formas más comunes de tratamiento: la medicación y la psicoterapia. Los medicamentos antidepresivos han sido bien estudiados por su eficacia. Pero ¿qué pasa con la psicoterapia? O, mejor dicho, ¿qué pasa con las psicoterapias? Hay varios tipos de terapias del habla para elegir, y el Instituto Nacional de Salud Mental de los EEUU informa que muchas han demostrado ser efices para trastornos específicos.

Cuando muchas personas piensan en la psicoterapia, siguen pensando en el análisis freudiano con el diván incluido dónde uno debe hablar sobre la relación con el respectivo padre o madre. Eso todavía existe, pero los enfoques modernos para hablar de terapia son los que tratan de ayudar a las personas a recuperarse de su depresión tan pronto como sea posible. La American Psychological Association dice que la terapia ayuda a los pacientes a «identificar los factores que contribuyen en su depresión y a tratar eficazmente las causas psicológicas, conductuales, interpersonales y situacionales«. En otras palabras, los terapeutas pueden:

• Identificar patrones de pensamiento negativos o distorsionados que a menudo conducen a sentimientos de desesperanza y desamparo.
• Identificar problemas específicos de la vida que contribuyen a la depresión y ayudar a los pacientes a entender cómo resolver o mejorar esos problemas.
• Desarrollar opciones para el futuro y establezcer metas realistas para mejorar el bienestar mental y emocional.

También lo hacen con relativa rapidez, después de unas 20 sesiones de terapia individual o en grupo. No hay necesidad de estar toda la vida para tratar la depresión, dicen los expertos en salud mental. Muchos tipos para elegir Hay un largo menú de opciones de psicoterapia para elegir, pero los tres métodos más comunes para el tratamiento de la depresión, de acuerdo con la Universidad de Minnesota Centro de Espiritualidad y Curación, son la terapia cognitiva conductual, o TCC; la terapia interpersonal, o IPT; y terapia psicodinámica, o PDT.

La terapia cognitivo-conductual ayuda a los pacientes a reconocer y cambiar los patrones de pensamiento y conducta negativos que conducen a puntos de vista distorsionados y preocupantes del mundo y del yo y que a menudo están asociados con la depresión.

La terapia interpersonal ayuda a los pacientes a reconocer y replantear o alterar las relaciones personales no saludables que causan y alimentan la depresión.

Las terapias psicodinámicas ayudan a los pacientes a resolver los conflictos psicológicos internos, que suelen basarse en el trauma de la infancia. Y todavía hay otras opciones, como la terapia de activación conductual; terapia de resolución de problemas, o PST; resolución de Desensibilización del Movimiento de los Ojos, o EMDR; terapias somáticas, incluyendo Hakomi y Transformación Somática; Técnicas de la reconducción del estrés; Ejercicios de atención plena; terapia de exposición; y más. Algunos terapeutas pueden utilizar un modo específico de terapia, mientras que otros incorporan elementos de diferentes terapias basado en la condición del paciente y las necesidades, y en su propia formación. Pero volvamos a la pregunta original.

¿Cuáles están científicamente probados como más efectivas? La evidencia del éxito La Asociación para la Ansiedad y la Depresión de América ADAA) realizó un meta-análisis de todas las investigaciones disponibles. Su revisión clínica de las guías de práctica informa que la TCC es «la psicoterapia más estudiada para la depresión», y tiene «el mayor peso de evidencia para su eficacia«. El IPT ha demostrado ser «un tratamiento eficaz para la depresión en numerosos estudios».

La ADAA no hace comentarios sobre las terapias psicodinámicas. Pero sí reporta que la terapia de resolución de problemas, que describe como una terapia que enseña a los pacientes a definir problemas personales, desarrolla e intenta soluciones a esos problemas, y luego evalúa su efectividad, tiene una base moderada de evidencia que es «eficaz para tratar depresión.» Todo ello es compartido por uno de los creadores del PST, Arthur Nezu, profesor de psicología en la Universidad Drexel en Filadelfia. Nezu también sirvió en el Panel de la Asociación Psicológica Americana sobre el Desarrollo de Guías de Práctica Clínica para el Tratamiento de la Depresión en 2011.

«Revisamos la literatura más reciente y encontramos que un puñado de intervenciones, con psicoterapia y medicamentos, parecen ser muy útiles, Incluida la terapia cognitivo-conductual, la activación conductual y otra que ayudé a desarrollar, la terapia de resolución de problemas «. Por supuesto, estas revisiones no son el final de la discusión. La TCC puede funcionar tan bien simplemente porque «la gente de la TCC ha tomado la pelota y ha realizado estudios para demostrar que la TCC hace que los pacientes mejoren«, dice Carl Tishler, psicólogo y profesor adjunto de psiquiatría y psicología en la Ohio State University.

Sin embargo, él ha visto que las personas que han sufrido traumas cuando eran niños y han estado deprimidos durante mucho tiempo no responden tan bien a la TCC. «Lo hacen bien en psicoterapia tradicional de más larga duración, o en terapia de grupo», dice. Sólo depende del individuo. Y la ADAA dice que los mejores resultados para la mayoría de las personas vienen cuando los pacientes son tratados tanto con psicoterapia, ya sea esta la TCC o alguna otra forma, y la medicación. Muchos de sus colegas están de acuerdo.

«Mi opinión es que la depresión más grave debe ser tratada con una combinación de medicina y terapia«, dice Carol Landau, profesor clínico de psiquiatría y comportamiento humano y medicina en la Escuela de Medicina Alpert de la Universidad de Brown. Para la depresión leve a moderada, ella recomienda primero la terapia, con los antidepresivos en reserva. «Les digo a los pacientes que podemos hacer un tratamiento en etapas«, dice. «Vamos a llegar a esto con CBT durante ocho semanas, y luego si nada está mejorando, vamos a probar algunos medicamentos.»

El sistema del equipo CSAIL de drones que vuelan y conducen sugieren otro acercamiento al desarrollo de coches voladores con inteligencia artificial.

Ser capaz de correr y coger el vuelo es típico en la naturaleza, muchas aves, insectos y otros animales pueden hacer ambas cosas. Si pudiéramos programar robots con una versatilidad similar, se abrirían muchas posibilidades: Imagina, máquinas que podrían volar en zonas de construcción o en zonas de desastre que no están cerca de carreteras y luego pasar a través de espacios estrechos en el suelo para transportar objetos o rescatar a personas.

El problema es que los drones que son buenos en un modo de transporte suelen ser malos en otro. Los aviones teledirigidos aerotransportados son rápidos y ágiles, pero generalmente su batería tiene una duración demasiado limitada para viajar por largas distancias. Los vehículos terrestres, por otro lado, son más eficientes energéticamente, pero más lentos y menos móviles.

Investigadores del Laboratorio de Informática e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT están buscando desarrollar drones que puedan maniobrar en tierra y llevarlos al cielo. En un nuevo documento, el equipo presentó un sistema de ocho drones cuádruples que pueden volar y conducir a través de un entorno urbano con plazas de aparcamiento, zonas de exclusión aérea y pistas de aterrizaje.

«La habilidad de volar y conducir es útil en entornos con muchas barreras, ya que puedes volar sobre obstáculos de tierra y conducir bajo obstáculos generales«, dice el estudiante de doctorado Brandon Araki, autor principal del artículo. «Los drones normales no pueden maniobrar en el suelo, en absoluto. Un drone con ruedas es mucho más ágil, mientras que solo tiene una ligera reducción en el tiempo de vuelo.

Cómo funciona

El proyecto se basa en el trabajo previo de Araki desarrollando un robot «mono volador», así lo han llamado, que se arrastra, corre y vuela. Mientras que el robot de mono podía saltar sobre obstáculos y gatear, todavía no había manera de que viajara de manera autónoma.

Para abordar esto, el equipo desarrolló varios algoritmos de «planificación de trayectoria» dirigidos a asegurar que los drones no chocaran. Para hacerlos capaces de conducir, el equipo puso dos pequeños motores con ruedas en el fondo de cada drone. En simulaciones, los drones podían volar durante 90 metros o conducir 252 metros, antes de que se agotaran las baterías.

La adición del componente de conducción a los drones redujo ligeramente su duración de la batería, lo que significa que la distancia máxima que pudieron volar disminuyó un 14 por ciento a unos 300 pies. Pero como la conducción sigue siendo mucho más eficiente que el vuelo, la ganancia en eficiencia de la conducción supera con creces la pérdida relativamente pequeña de eficiencia en el vuelo debido al peso adicional. «Este trabajo proporciona una solución algorítmica para el transporte a gran escala y en modo mixto y muestra su aplicabilidad a problemas del mundo real», dice Jingjin Yu, profesor de ciencias de la computación de la Universidad Rutgers que no participó en la investigación.

El equipo también probó el sistema utilizando materiales cotidianos, como piezas de tela para caminos y cajas de cartón para simular edificios. Probaron ocho drones que navegan desde un punto de partida hasta un punto final en un camino libre de colisiones, y todos fueron realizados.

Rus dice que sistemas como los suyos sugieren que otro enfoque para crear coches voladores seguros y efectivos no es simplemente «poner alas en los coches», sino construir después de años de investigación para agregar capacidades de conducción a los drones.

«A medida que empezamos a desarrollar algoritmos de planificación y control para automóviles voladores, nos anima la posibilidad de crear robots con estas capacidades a pequeña escala«, dice Rus. «Aunque, obviamente, todavía hay grandes desafíos para ampliar los vehículos que realmente podrían transportar a los seres humanos, estamos inspirados por el potencial de un futuro en el que los coches voladores podrían ofrecer un transporte rápido y libre de tráfico».

La verdad sobre el gato y el perro es la siguiente: a pesar de ser las dos especies que los humanos tienen más probabilidades de tener como mascotas, Rex y Silvestre, tenían caminos muy diferentes para ir desde la naturaleza hasta nuestros sofás. Analizando los ADNs antiguo y moderno del gato, los investigadores creen que han descubierto gran parte del misterio que rodea a la domesticación del gato, y no, no comenzó en el antiguo Egipto.

Tanto el registro arqueológico como paleogénico muestran que el perro es el único animal en ser domesticado antes del advenimiento de la agricultura. Así, mientras que los amantes de los gatos y los perros siempre estarán en desacuerdo sobre si el Canis lupus familiaris es realmente el mejor amigo del hombre. Es al menos el primer amigo del hombre. Con un proyecto de investigación en curso y multidisciplinario para determinar el origen de la domesticación de los perros, los científicos están desarrollando una imagen bastante detallada de las raíces de Rex.

Pero a pesar de que millones de nosotros vivimos a la vera de los gatos, gran parte de su historial es desconocido. Los arqueólogos han encontrado algunos restos, las momias de gatos del antiguo Egipto que son las más famosas, aunque un esqueleto de gato completo mucho más antiguo fue enterrado junto a un ser humano en un sitio arqueológico en Chipre que se remonta a unos 7.500 años. Pero los investigadores no tienen suficiente para estar seguros dónde y cuándo sucedió la domesticación del gato.

[Ya estamos bastante seguros sobre el cómo de la domesticación del gato… la mayoría de los investigadores creen que, como los humanos neolíticos comenzaron a cultivar, comenzaron a almacenar el grano, atrayendo a los roedores. Los gatos monteses, ya dispersos a través de África, Europa y Asia, en una especie de simbiosis llamada comensalismo, fueron tolerados por los humanos porque los cazadores de ratoncillos mantuvieron el grano libre de plagas. Con el tiempo, los seres humanos desarrollaron una relación más personal con sus asesinos de ratas locales. Un estudio de 2013 que abarca unos 5,300 años de historia, evidenciaron los restos del gato en China, por ejemplo, encontrando la evidencia de que estos animales estaban siendo atendidos].

El pensamiento antiguo tirado por los suelos

Publicado el pasado dia 19 de junio en la revista Nature Ecology & Evolution, un estido dice que investigadores obtuvieron material genético de casi 400 gatos vivos y muertos. Se recogieron más de 350 antiguas muestras de gatos, incluyendo restos de 9.000 años de antigüedad. Por desgracia, cosa que no es sorprendente, solo fueron capaces de obtener secuencias utilizables de ADN antiguo (ADNA), en este caso, el ADN mitocondrial heredado de la madre, de 209 de las muestras. Esa es la cosa sobre ADNAD: cuanto más antiguo se consigue, más degradado está y más es más difícil de trabajar con él.

El equipo también extrajo el ADN de una docena de gatos monteses modernos de Bulgaria y el este de África. ¿Por qué gatos monteses? Bueno, los gatos domésticos de hoy descienden del Felis silvestris lybica, la única de las cinco subespecies de F. silvestris jamás domesticadas (por lo que sabemos). F. s. Lybica se encuentra actualmente dispersa en la mitad norte de África y el suroeste de Asia, mientras que F. s. Silvestris es la subespecie que se encuentra en Europa. Tener ADN de estas poblaciones ayuda a los investigadores a comparar los gatos domesticados con una gama más amplia de parientes lejanos salvajes, lo que lleva a conjuntos de datos más minuciosos.

Y esas conclusiones apuntan a dos linajes de gatos domesticados. La primera se presentó en el suroeste de Asia y llegó a Europa hace 6,400 años. El segundo, que se originó en Egipto después de la línea suroccidental de Asia y antes de 1.000 años, se extendió por todo el mundo mediterráneo a lo largo tanto de rutas terrestres y marítimas comerciales, no es de extrañar, ya que el gato de buque es una forma tradicional de reducir el número de roedores a bordo.

A medida que el gato bucanero viajaba más lejos de su tierra de origen, más se iban extendiendo la especie, ya que, como buen marino, cuando pisaba tierra firme, dejaba una o varias novias en cada puerto, junto con su ADN.

El equipo de investigación también observó que el alto grado de hibridación entre las poblaciones domesticadas y silvestres de los gatos, que continúa hoy, explica por qué el gato doméstico promedio conserva gran parte de la apariencia y el comportamiento de sus parientes lejanos salvajes, en contraste con los perros.

De rayas y manchas

Este estudio también muestra el auge de la única mutación que nos da el patrón de pelaje atigrado bastante común, y al hacerlo brinda más luz sobre la domesticación del gato en general.

Hace unos años, los investigadores descubrieron que el gen Taqpep controla si un gato está rayado (o, en los guepardos, manchados) o tiene más de un patrón de manchas. Esas manchas, aunque presente en el 80 por ciento de los gatos domésticos hoy en día, es recesiva y rara vez se ve en la naturaleza.

El equipo de la presente investigación halló que, antes de la Edad Media, el patrón de rayas (caballa) típico de los gatos monteses también dominaba en los gatos domesticados. Fue solo más tarde, sobre todo a partir del siglo XVIII, que el patrón de manchas se generalizó.

Debido a que las manchas parece ser un rasgo de apariencia que los humanos criaron selectivamente para los gatos domesticados, y porque ocurrió milenios después de la domesticación del gato, el equipo llegó a la conclusión de que el énfasis en la discriminación selectiva anterior era para rasgos de comportamiento en lugar de por la estética. En otras palabras, tener un gato que era un gran aniquilador de ratones o particularmente un raticida en la cubierta de un barco era lo que realmente importaba, si tenía manchas o rayas era lo de menos.

La mayoría de las nuevas infecciones virus humanas y plagas provienen de otros animales. La fiebre del Ébola, el SARS y el SIDA comenzaron de esta manera. Los animales son también las fuentes de epidemias como la gripe. Mantener un control sobre los pájaros y los animales (incluso los domésticos), los virus que portan, y que hay virus se encuentran en las personas es, por tanto, una cosa prudente que hay que hacer. Y esa es la tarea de la EcoHealth Alliance, una organización de investigación caritativa con sede en Nueva York. Esta semana algunos de los científicos de la alianza, dirigidos por Kevin Olival, publicaron los resultados de sus últimas investigaciones en la revista Nature. Entre otras cosas, intentan estimar lo que la gente no sabe acerca de estos virus zoonóticos, así como lo que hacen.

El estudio del Dr. Olival está restringido a los mamíferos. Por lo tanto, no se refiere a cosas como las fuentes de la gripe aviar. Pero dentro de ese límite, es tan amplio el campo de investigación como lo permiten los datos. Se examinan las 586 especies de virus que se sabe que se han encontrado en al menos un mamífero. Esos mamíferos ascienden a 754 especies (incluidos los humanos) de 15 órdenes: grupos de primates, murciélagos, carnívoros y ungulados como el ciervo, vacas, oveja, antílopes, camellos, etc. De los virus estudiados, 263 (es decir, 45%) habían sido detectados en los humanos y 188 de ellos eran zoonóticos en el sentido de que también se habían encontrado al menos una vez en otra especie de mamífero. Esto no prueba que un virus había pasado de un animal a otro. Podría haber viajado por otra vía. Pero es un punto de partida para la investigación.

Los objetivos que el Dr. Olival y sus colegas se propusieron fueron construir un modelo que predijera cuántos virus zoonóticos se podrían esperar que una especie animal particular pudiera llevar, y luego compararlo con el número que ya se sabe que es portado por ella. Hicieron esto preguntando cuan estrechamente relacionada estaba una especie con el Homo sapiens (en la suposición de que los virus encontrarían el salto entre especies relacionadas es más fácil), y cuál es la probabilidad, dado que el rango, hábitat y comportamiento de una especie, sería para él interactuada con las personas. También estimaron, e intentaron corregir, cuánto esfuerzo se había dedicado a buscar virus en una especie dada. El sesgo de muestreo, por ejemplo, casi con seguridad explica por qué tantos virus conocidos infectan a los seres humanos.

Todo este trabajo produjo una estimación del número de especies de virus zoonótico desconocido que hay en los mamíferos del mundo. También permitió al equipo elaborar «mapas de calor» que muestran lugares donde el número real y previsto de virus zoonóticos que menos se parecen entre sí, y que por lo tanto tienen el mayor riesgo de provocar una desagradable sorpresa en el mundo.

La mayor amenaza proviene de los murciélagos, que transportan muchos más virus zoonóticos por especie que otras órdenes de mamíferos. Los lugares más expuestos a un zoonótico desconocido son los bosques amazónicos y los del Orinoco y la costa caribeña de América del Sur. Los ungulados representan una amenaza más para el este y el centro de África, y los carnívoros al este y al sur de ese continente. Los primates (la variedad no humana) amenazan las regiones ecuatoriales de América del Sur, África y Asia.

Tener mapas como éstos, aunque sean vastos y amplios, es importante porque pueden ayudar a los investigadores a elegir los lugares más fructíferos para llevar a cabo estudios sobre la transmisión zoonótica. Estos necesitan ser usados ​​con cuidado. El método que el Dr. Olival y su equipo adoptaron no distingue zoonosis con potencial epidémico de aquellas que podrían infectar a un puñado de humanos. Pero los mapas aumentan la posibilidad de que el próximo SARS o SIDA pueda ser detectado, casi antes de que aparezca, y muchas vidas pueden ser salvadas como consecuencia.

La diálisis, en el sentido más general, es el proceso por el cual las moléculas filtran de una solución, difundiendo a través de una membrana, en una solución más diluida. Fuera de la hemodiálisis, que elimina los desechos de la sangre, los científicos usan la diálisis para purificar fármacos, eliminar los residuos de soluciones químicas y aislar las moléculas para el diagnóstico médico, normalmente al permitir que los materiales pasen a través de una membrana porosa.

Las membranas de diálisis comerciales de hoy separan moléculas lentamente, en parte debido a su composición: Son relativamente gruesas, y los poros que atraviesan túneles a través de tales membranas densas lo hacen en vías tortuosas, dificultando el paso rápido de las moléculas diana.

Ahora los ingenieros del MIT han fabricado una membrana de diálisis funcional a partir de una lámina de grafeno, una sola capa de átomos de carbono, unida de extremo a extremo en configuración hexagonal como una colmena. La membrana de grafeno, aproximadamente del tamaño de una uña, tiene menos de 1 nanómetro de espesor. La membrana del equipo es capaz de filtrar moléculas de tamaño nanométrico de soluciones acuosas hasta 10 veces más rápido que las membranas de última generación, con el propio grafeno hasta 100 Veces más rápido.

Piran Kidambi, un postdoc del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, dice que los resultados del equipo demuestran que el grafeno puede mejorar la tecnología de las membranas, en particular para los procesos de separación a escala de laboratorio y potencialmente para la hemodiálisis.

«Debido a que el grafeno es tan delgado, la difusión a través de él será extremadamente rápida», dice Kidambi. Una molécula no tiene que hacer este trabajo tedioso de pasar por todos estos poros tortuosos en una membrana gruesa antes de salir del otro lado.

Uniendo grafeno

Para hacer la membrana de grafeno, los investigadores utilizaron por primera vez una técnica común llamada deposición química de vapor para hacer crecer grafeno sobre papel de cobre. A continuación, cuidadosamente grabado el cobre y transferido el grafeno a una hoja de policarbonato de apoyo, tachonado a lo largo con poros lo suficientemente grandes como para permitir el paso de cualquiera molécula a través del grafeno. El policarbonato actúa como un andamio, manteniendo el grafeno ultrafino y rizado sobre sí mismo.

Los investigadores buscaron transformar el grafeno en un tamiz molecularmente selectivo, dejando pasar solo las moléculas de cierto tamaño. Para ello, crearon pequeños poros en el material mediante la exposición de la estructura al plasma de oxígeno, un proceso por el cual el oxígeno, bombeado en una cámara de plasma, puede grabar los materiales.

«Ajustando las condiciones del plasma de oxígeno, podemos controlar la densidad y el tamaño de los poros que hacemos, en las áreas donde el grafeno es prístino«, dice Kidambi. «Lo que sucede es que un radical de oxígeno llega a un átomo de carbono [en grafeno] y reacciona rápidamente, y ambos salen como dióxido de carbono».

Lo que queda es un pequeño agujero en el grafeno, donde un átomo de carbono una vez se asentó. Kidambi y sus colegas encontraron que cuanto más largo el grafeno esté expuesto al plasma de oxígeno, más grandes y densos serán los poros. Los tiempos de exposición relativamente cortos, de aproximadamente 45 a 60 segundos, generan poros muy pequeños.

Defectos deseables

Los investigadores probaron múltiples membranas de grafeno con poros de diferentes tamaños y distribuciones, colocando cada membrana en el centro de una cámara de difusión. Se llenaron el lado de la alimentación de la cámara con una solución que contiene varias mezclas de moléculas de diferentes tamaños, que van desde el cloruro de potasio (0,66 nanómetros de ancho) hasta la vitamina B12 (1 a 1,5 nanómetros) y la lisozima (4 nanómetros), una proteína que se encuentra en la clara de huevo. El otro lado de la cámara se llenó con una solución diluida.

El equipo entonces midió el flujo de moléculas a medida que se difundían a través de cada membrana de grafeno.

Las membranas con poros muy pequeños liberan cloruro de potasio, pero no moléculas más grandes como el L-triptófano, que mide sólo 0,2 nanómetros más. Las membranas con poros más grandes dejan pasar moléculas correspondientemente más grandes.

El equipo realizó experimentos similares con membranas de diálisis comerciales y encontró que, en comparación, las membranas de grafeno se desempeñaban con una «permeancia» más alta, filtrando las moléculas deseadas hasta 10 veces más rápido.

Kidambi señala que el soporte de policarbonato está grabado con poros que solo ocupan el 10 por ciento de su área superficial, lo que limita la cantidad de moléculas deseadas que finalmente pasan a través de ambas capas.

«Solo el 10 por ciento del área de la membrana es accesible, pero incluso con ese 10 por ciento, somos capaces de hacerlo mejor que el estado de la técnica», dice Kidambi.

Para mejorar aún más la membrana de grafeno, el equipo planea mejorar el soporte de policarbonato grabando más poros en el material para aumentar la permeancia global de la membrana. También están trabajando para ampliar aún más las dimensiones de la membrana, que actualmente mide 1 centímetro cuadrado. Un ajuste adicional del proceso de plasma de oxígeno para crear poros adaptados también mejorará el rendimiento de una membrana, algo que Kidambi señala tendría consecuencias muy diferentes para el grafeno en aplicaciones electrónicas.

«Lo que es emocionante es que lo que no es bueno para el campo de la electrónica es realmente perfecto en este campo de diálisis de membrana«, dice Kidambi. «En la electrónica, usted quiere minimizar defectos. Aquí usted quiere hacer defectos del tamaño correcto. Va a mostrar el uso final de la tecnología dicta lo que quiere en la tecnología. Esa es la clave.