Bertsozientzia (7): “Nanoarkitektura”

Kultura zientifikoa zabaltzeko jaialdia antolatu? Bertsolaritza eta zientzia uztartu? Bai, “Jakinduriek mundue erreko dau 2016” ekitaldian. Zelan, baina? Lau zientzialarik gai baten inguruko azalpen laburrak emanda, bertsolariek zientzia oinarri hartuta errima eta neurria jartzen dutelarik eta guztia Kike Amonarrizen gidaritzapean.

Erreakzio kimikoen bidez nano eskalan egitura bereziak sortzeaz aritu zen Gotzone Barandika, 2016ko hirugarren hizlaria. Egitura ñimiño hauek sortzeko metodoez eta baita izan ditzaketen aplikazio praktikoez. Hidrogeno baterietan, adibidez.

Hidrogeno bateriak omen dira arazo energetikoaren irtenbide bideragarrienetako bat. Erregai fosilen alternatiba modura aurkezten dira, hidrogenoa oso arina eta ugaria da eta, beraz, erabat aproposa energia iturri gisa. Funtzionamendua ere nahiko erraza da, oso erreakzio sinplea dute oinarrian:

Erreakzioa gertatzerakoan elektroiak alde batetik bestera pasatzen dira, energia elektrikoa sortuta. Hidrogeno bateriek elektroien energia aprobetxatzen dute, bideoan ikus daitekeen bezala:

Hidrogeno baterien funtzionamendua

Hidrogeno bateriek, hala ere, zailtasunak ere badituzte. Giro tenperaturan gasa da hidrogenoa eta, gas guztiak bezala, ez du ez forma ezta bolumen definiturik. Libreki mugitzen diren H2 molekulez osatua dago eta abiadura handian mugitzen da, edukiontziaren azalera osoa bete arte.

Arriskutsu bihurtzen dute ezaugarri hauek, izan ere, hidrogenoa sukoia da gas egoeran eta zuzenean oxigenoarekin harremanetan jartzean eztanda egiten du. Bi elementu hauen arteko erreakzioa kontrolik gabe egiten bada, energia trukaketa bat-batean ematen da (hidrogeno ihes baten ondorioz, esaterako), eztanda egiten du eta energia aprobetxatzerik ez dago.

Eztanda ekiditeko molekulen antolaketari erreparatu behar zaio. Hidrogenoaren eta oxigenoaren arteko erreakzio kontrolgabea saihesteko molekulen antolaketa aldatu behar da. Molekulak ordenatzeko metodoetako bat nanoarkitektura da, nano eskalan sortutako materialak baliatu hidrogeno molekulak harrapatu eta antolatzeko.

Kimikariak, nanoarkitektoak

Hau da nanoarkitekturan lantzen den tamaina. Eta nanoarkitektura baliatzen dute kimikariek, besteren artean, hidrogeno molekulak antolatzeko balio duten egiturak sortzeko, erreakzio kimikoen bidez ezaugarri bereziak dituzten molekulak sortzen dituzte: MOFak.

Material solido, kristalino eta porotsuak dira eta oso baliagarriak izan daitezke, adibidez, hidrogeno molekulak harrapatu eta modu ordenatuan egituratzeko.

MOF hitza ingelesezko “Metal Organic Framework” da eratorria eta, izenak azaltzen duen moduan, metalez eta molekula organikoz osatutako egiturak dira. Katioi metaliko bat (kluster izenekoa) eta molekula organiko bat (ligando izenekoa) elkartzen direnean sortzen dira. Ioi metalikoa erdigunean kokatzen da eta koordinazio lotura bidez gehitzen zaizkio molekula organikoak.

Molekula errepikatuz osatutako makromolekulak dira MOFak, polimeroak, hortaz. Koordinazio polimeroak, zehazki. Metal ioia izatea da koordinazio polimeroek duten berezitasuna. MOFak, koordinazio polimeroen azpitaldea osatzen dute, poroak izateko gaitasuna duten azpitaldea, hain justu.

Klusterrak eta ligandoak osatzen duten egituraren errepikapenaz bat, bi edota hiru dimentsioko egitura dituzten materialak sortzen dira.

Egitura hauek dituzten barrunbeetan (poroetan) kokatzen dira hidrogeno edo harrapatu nahi diren molekulak. Modu honetan, hidrogenoa bezalako gasen molekulak modu ordenatuan finkatzen dira, berezko duen gas egoerako sukoitasuna deuseztatuta. Horretaz gain, bestelako abantailak ere eskaintzen ditu ordena molekularrak, gasak hartzen duen bolumena ere izugarri murriztu baitaiteke: 1g. material porotsu batek 7.000m²ko azalera har baitezake.

Hidrogenoa metatzeko eta garraiatzeko ez ezik, bestelako aplikazioak ere izan ditzake nanoarkitekturak, kutsatzaileen absortzioa edota farmakologia, adibidez.

---

Irailaren 26an Bilboko Bizkaia Aretoan, UPV/EHUko Kultura Zientifikoko Katedrak antolatu zuen “Jakinduriek mundue erreko dau 2016” ekitaldian egin ziren lau hitzaldietatik Onintze Salazar meteorologoak “Zerk eragiten du gure osasunean?” hitzaldian dago oinarrituta artikulua.

Hitzaldi osoa:

Hiru bertsolari (Maialen Lujanbio, Beñat Gaztelumendi eta Jone Uria) eta lau zientzialari (Gotzone Barandika, Patxi Juaristi, Onintze Salazar eta Felix Zubia) bildu zituen “Jakinduriek mundue erreko dau 2016” ekitaldiak, zientzia eta bertsolaritza uztartu zituen egitasmoak.

Iturria: Zientzia Kaiera

Mikrosendagaiak, alzheimerra eta parkinsona tratatzeko botika berriak

Alzheimerraren eta Parkinsonaren gaixotasunek neuronei eragiten diete: neuronek berezko egitura eta funtzioa galtzen dute, eta, horren ondorioz, pazientearen funtzio motor, kognitibo, sentsorial eta emozionalek kalteak jasaten dituzte. UPV/EHUko Farmazia eta Teknologia Farmazeutikoa Sailean lanean dabilen Enara Herran ikertzaileak, alzheimerraren eta parkinsonaren aurkako tratamenduak emateko modua hobetzen dihardu.

Alzheimerra eta parkinsona tratatzeko erabiltzen diren ohiko botikek, kasu askotan, sintomak arintzea besterik ez dute lortzen, gaixotasunaren jatorrian eragin gabe. Botika hauek normalean pilulak izaten dira, eta ahotik hartzen dira. Ez dira horiek alzheimerrari eta parkinsonari aurre egiteko erabiltzen diren botika bakarrak. Badira neuronen galera eragozten eta berriak sortzen laguntzen duten sendagaiak, nanopartikulez osatuta dauden kapsularatutako botikak.

Neuronen galera eragozten eta berriak sortzen laguntzen duten sendagaia hauek ez dira hainbeste erabiltzen. Enara Herran ikertzaileak dioenez  “ez baitago haiek emateko modu erraz eta segururik”.  Neuronetara iristeko botikek hesi hematoentzefalikoa igaro behar dute, eta hori ez da batere erraza. Herranek arazo hori gainditzea bilatzen du haren ikerketarekin. “Hazkuntza-faktoreak eraginkortasun eta segurtasun handiz eman ahal izateko, kapsularatu egiten ditugu. Hau da, mikro eta nanokapsuletan sartzen ditugu, eta garunean ezarriko genituzke, kraniotomia baten bitartez. Horrela, eragin behar duten lekuan bertan joango lirateke askatzen botikak, modu iraunkorrean eta dosi egokian”, esplikatu du Herranek.

Mikro eta nanopartikula horiek 2-3 hilabetetik urte batera egoten dira hazkuntza-faktoreak askatzen, polimeroa degradatu egiten den arte; horri esker, gaixoak ez du egunero hartu behar botika. Hala ere, alde handiena ez da hori, baizik eta kapsularatutako botikak askoz ere eraginkorrak direla ahotik hartu ohi direnak baino. Hori ikusi dute, behintzat, saguekin eta arratoiekin egin dituzten esperimentuetan. Hain zuzen ere, Herranek gogorarazi duenez, “Bi gaixotasun horiek osasun publikoaren arazo larri bihurtu dira, eta komunitate zientifikoa ahalegin handia egiten ari da tratamendu berriak aurkitzeko eta aurrera eramateko”.

Herranek azaldu duenez, animaliekin egindako esperimentuetan bi faktore probatu dituzte –vascular endothelial grouth factor (VEGF) eta glial cell-line derived neurotrophic factor (GDNF)-, polimero biobateragarri eta biodegradagarri baten barruan kapsularatuta -poly (lactic co-glycolllic acid) (PLGA). “Zenbait kapsularatze-teknikaren bidez, mikro eta nanopartikulak egin genituen. Lehenengo, parkinsonarekin probatu genuen; hasieran, zelula-kulturetan, eta, gero, arratoietan. Eta bietan izan genituen emaitza onak”. Partikulekin tratatutako arratoiek hobekuntza handia erakutsi zutela nabarmendu du Herranek: “Alde handia nabari zitzaien portaeran zein kaltetutako eremuen osatzean, kontrol-taldekoekin alderatuta”.

Bigarren pausoan, alzheimerrarekin egin zuen proba, saguetan, eta kasu horretan ere emaitzak onak izan zirela baieztatu du Herranek: “Tratamendua jaso eta hiru hilabetera, tratatutako saguek oroimen ona zuten, sagu osasuntsuenen parekoa. Azterketa histologikoan frogatu genuen alzheimerrean garatzen diren beta-amiloide plakak asko murriztu zirela, hantura apaldu eta angiogenesia areagotu“.

Esperimentu horien emaitzak eta ondorioak aldizkari espezializatuetan argitaratu dituzte, tartean, Journal of Controlled Release aldizkari ospetsuan. Eta horixe izan da orobat Herranen doktorego-tesiaren gaia. Baina ikerketa ez da amaitu; Herranek aurreratu duenez, orain “formulazio hobeak” lortzeko ikertzen ari da, mikro eta nanopartikulak garunean ezarrik beharrik ez izateko. Azken helburua argia da: parkinsona eta alzheimerra tratatzeko bide eraginkorrena, seguruena eta egokiena garatzea.

Enara Herranek, Farmazian doktoreak “Faktore angiogenikoak eta neurotrofikoak askatzen dituzten mikro eta nanopartikulak, neuroendekapenezko gaixotasunen tratamendurako tresna terapeutiko gisa” izeneko tesia egin du, UPV/EHUren Farmazia eta Teknologia Farmazeutikoa Saileko Rosa María Hernández katedradunaren eta Manoli Igartua doktorearen zuzendaritzapean. Tesia, UPV/EHUren Farmazia eta Teknologia Farmazeutikoa Sailean egin badu ere, atal handi bat Madrilgo 12 de Octubre ospitaleko Ikerketa Zentroko Neurozientzia Laborategian egin du.

Iturria: Zientzia Kaiera

Argia harrapatua izan da, nanoGUNEn

Gara egunkariak abuztuaren 23an argitara ematen duen artikulu batek dioenez, CIC nanoGUNEko ikerlariek argia grafeno izeneko material batez harrapatu egin dute. Baina zertarako?

Behin argia harraptuta, argia garraiatzeko tresneria garatu liteke. Korrontez dabiltzan ordenagailuak gaindituz, argiz baliatzen diren ardenagailu eraginkorragoak egiteko, egungoak baino 40 bat aldiz txikiagoak.

Grafenoa kantitate txikietan ekoiztea ez dela zaila diote, baina etorkizunean izango daitekeen grafeno eskaera maila industrialean produzitzea dute Donostiako nanoGUNEko erronka gisa.

Artikulu osoa: GARA

«Higgs bosoia izango da gauza txikienak ulertu ahal izateko ireki zaigun ate berria»

Higgs bosoiaren aurkikuntzak aurrerapauso handia ekarri du zientzialarientzat. Inoiz aztertu duten partikularik txikiena da, baina oraindik ikertzen jarraituko dute, benetako Higgs bosoia dela baieztatu arte.

Bartzelonako Unibertsitateko Fisika Teorikoko katedraduna da Jose Ignacio Latorre (Bartzelona, 1959). Higgs bosoia eta Zientziaren Arima hitzaldia eskainiko du gaur, 19:30ean, EHUko Bizkaia aretoan, Bilbon.

Einsteinek zioen zerbait ulertzera iristen garela gure aitona-amonei azaltzeko gai garenean. Nola azalduko zenuke zer den Higgs bosoia edonork ulertzeko moduan?

Higgs bosoia funtsezko partikula bat da. Gizakiak inoiz aztertu duen elementurik txikiena aztertzen ari gara. Txikitasunaren mundu horretan, quarkak eta oinarrizko partikulak dauden mundu horretan, gauza bakarra falta zitzaigun dena ongi ulertzeko: Higgs partikula. 50 urte daramatzagu horren bila, eta, azkenean, baieztatu dugu existentzen dela. Eredu estandarra sendoa dela frogatzen du aurkikuntza horrek. Horregatik, zientzia komunitatearentzat oso albiste pozgarria izan da.

Dagoeneko baieztatu daiteke eredu estandarra edo errore tartea gainditu behar da oraindik?

Orain arte egindako ikerketa ez da guztiz ziurra. Horregatik, beste hiru hilabete luzatzea erabaki du CERN Ikerketa Nuklearrerako Europako Kontseiluak. Orain arte bildu ditugun datuen bikoitza jasoko dugu abendura bitarte, eta espero dugu ordurako aukera estatistikoa erabat ezabatzea. Momentu honetan bost desbideratze estandar lortu ditugu, eta hori sekulako lorpena da. Nekez topatuko dugu zerbait berria, baina orain arte ikusitakoa ea benetako Higgs bosoia den baieztatu behar dugu. Kontrara, beste partikula baten aurrean bagaude, naturak ezusteko itzela edukiko du guretzat gordea. Duda horiek guztiak baztertzeko egingo dugu azterketa zehatzago bat.

Nola azal daiteke partikula batzuek masa izatea, eta besteek ez?

Partikula batzuek, elektroiak eta neutrinoak kasu, masa dute, eta horiek materia osatzen dute. Interakzioak eragiten dituzten partikulek, aldiz, —protoiek, esaterako—, ez dute masarik. Bat-batean, interakzioa eragiten duen partikula batek, V bikoitzak, masa duela konturatu ginen. Orain, Higgs partikulari esker, uler dezakegu V bikoitzak nola izan dezakeen masa. Ziurrenik, Higgs bosoia izango da gauza txikienak ulertu ahal izateko ireki zaigun ate berria. Gainera, Higgs bosoia ez du pertsona bakar batek aurkitu, baizik eta milaka zientzialari aritu dira zeregin horretan; kultura eta hizkuntza arazoak ahaztu behar dira elkarlanean aritzeko.

Zientzialariek 50 urte daramatzazue Higgs bosoiaren atzetik. Zein aldaketa ekarriko dizkio aurkikuntza horrek zientziari?

Higgs bosoia aurkitu duen azeleragailua erakitzea izugarrizko aurrerapena da bere horretan. CERNek lortzen dituen datu horiek guztiak ikertu ahal izateko, konputazioa egiteko modu berri bat asmatu dute. Sistema hori planeta osoan ezarri dute, milioi bat ordenagailutan, gutxi gora-behera. Azterketa modu hierarkiko batean egitea ahalbidetzen du horrek. Bestetik, Higgs bosoiaren aurkikuntzak ez digu ekarpen handirik ekarriko epe motzean, baina aurrerapen orok bere denbora behar du. Einsteinen erlatibitatearen teoria, esaterako, gaur egungo GPSetan erabiltzen da; bestela, kilometro ugari alferrik galduko lirateke egunero. Beraz, bitarteko teknologikoetan aurreratzen ari gara. Zientziaren oinarrizko ikerketa horrek aurrerapen teknologikoa ekarriko du epe ertainera, baina aurrerapen orokorragoa epe luzera ikusiko dugu.

Iturria: Berria

ZIENTZIA: Esperantzaz beteriko urtea

Zientziak aurrerapauso esanguratsuak eman ditu hainbat alorretan joan den urtean, eta 2012 hasi berrian aurkikuntza horietako batzuk berretsi egin beharko dira. Neutrinoak, Higgsen bosoia, ‘Curiosity’ ibilgailua Marten… Ikusmin handia dago proiektu horien inguruan zientzialarien komunitatean.

Oparoa izan da 2011 zientziarentzat. Suitzako CERN instalazioetan egindako esperimentuek zeresan handia eman dute, ezusteak ere bai. Argitzeko geratu dira hainbat auzi. Bestalde, NASAren Kepler espazioko teleskopioak exoplaneta ugari aurkitu ditu, batzuk Lurraren antzekoak, eta bidea urratzen hasi da beste planetaren batean bizia topatzeko. Aurten berri ikusgarriak jaso daitezke alor horretan ere. Gure eguzki sistema, ordea, hobeto ezagutzen jarraitu nahi dute, eta oraintxe Marterako bidean da Curiosity ibilgailua. Haren misioaren arrakastaren edo porrotaren lekuko izango da 2012a. Aurtengo erronkak asko eta askotarikoak dira, haatik, zientziaren ozeano erraldoian. Biologia eta medikuntza, nanoteknologia… asko dira aurkikuntza esanguratsuak eman ditzaketen iturriak.

CERNeko instalazio ikusgarrietan egin dituzte OPERA esperimentuak. / CERN

Higgsen bosoia

CERN laborategian (Suitza) Hadroien Talkagailu Handia (Large Hadron Collider) martxan jarri zutenetik fisika teorikoak prentsaren orrialdeetara egin du salto behin baino gehiagotan 2011. urtean. Unibertsoaren partikula guztien masa azalduko lukeen Higgsen partikularen bila buru-belarri ibili dira, eta urtea amaitu aurretik nolabait inguraturik daukatela jakinarazi dute; badakitela non bilatu behar duten, alegia; ikusi dutenik oraindik ezin esan, ordea. Aurtengo azken hilabeteetan jarraituko dute esperimentuarekin, eta zientzia komunitateak adi-adi erreparatuko dio Higgsen bosoia badela edo ez dela erabakitzeko esperimentuari. Edozein emaitza izugarri garrantzitsua litzateke fisikaren teorikoentzat. Bosoia badela berrestea lorpen itzela litzateke, baina ez dela frogatzeak ere itzal luzea utziko luke eta bide berriak irekiko lituzke unibertsoko partikulek masa zergatik duten argitzeko auziaren barruan. Fisikaren eredu estandarrean frogaturik ez dagoen teoria bakarra da Higgsen bosoiarena. Beharbada, 2012an zientziaren erronka handiena, nazioartean lor dezakeen oihartzunari dagokionez behintzat, Higgsen bosoia aurkitzea da.

Neutrinoekin bueltaka

Baina CERNeko instalazioetan egin dituzten esperimentuak ez dira soilik partikulen masa azaltzeko izan. Neutrino hitza gutxika gizarteratzen joan da, neutrinoekin egindako esperimentu batek hautsak harrotu baititu 2011n. Einstein oker ote zegoen? Zientzialari gehienek ez dute uste, nahiz eta partikula horiek argia baino azkarrago mugitzen direla erakutsi duten behin eta berriro errepikatutako esperimentuetan. Proiektu horretan parte hartu dutenek ere, ordea, euren zalantzak jakinarazi dituzte, baina esperimentuaren «hutsa» non dagoen ez dute argi, hutsen bat egon behar dela sinetsita. Baina ez balego? Gaur arte fisikaren eraikinari zutik eutsi dioten oinarriak aldatu egin beharko lirateke seguruenera, eta ate berriak zabaldu unibertsoari beste era batera begiratzeko. Einsteinen eta Newtonen teoriak zabaltzera behartuko luke emaitza horrek, ez baitago fisika modernoan teoriarik CERNeko instalazioetan egindako esperimentuaren emaitza azal dezakeenik. Hasi berri den urte honetan zientziak duen beste erronka garrantzitsu bat da hori: neutrinoen auzia argitzea.

Curiosity Marten, simulazio batean. / NASA

Marterako bidean

Lur orotarako ibilgailu-robot handi bat da Curiosity, tona batekoa kasik. Zientzia fikzioko armiarma elektromekaniko bat dakar gogora haren itxurak. Auto txiki baten neurriak ditu eta sei gurpil; orduko 90 km-ko abiaduran joateko gai da. Marte orain arte ikertu den baino modu sakonagoan esploratzeko tresna bat da Curiosity, NASAren Mars Science Laboratory misioaren oinarria. Atlantis-en azken misioarekin batera transbordadoreen aroa amaitu zen urte berean jaurti zuen, Atlas V suziri batekin batera, joan den azaroan, Kennedy Space Centerretik (Cañaveral lurmuturra, Florida), eta aurtengo abuztuan iritsiko da Martera, 570 milioi kilometro egin ondoren, eta arazorik ez bada. Ia bi urtez (Lur planetako bi urte, Marteko bat, 686 egun) planeta gorriaren Gale kraterraren inguruak ikertuko ditu, betiere uraren arrastoaren bila, onarturik baitago urik gabe bizitza ez dela posible. Rover horrek lortzen duen informazioa aurtengo bigarren zatian hasiko da iristen. Curiosity-k lortzen duen informazioaren zain-zain egongo dira zientzialari asko. Marteri buruzko ezagutza izugarri handitu daiteke.

Kepler teleskopioaren itxuratzea. / NASA

‘Kepler’, exoplaneten bila

NASAren Kepler espazio teleskopioa martxan dagoenetik ehunka dira aurkitu diren exoplanetak; gure eguzki sistematik kanpo dauden planetak, alegia. Bizitzarako egoki izan daitezkeen planeten ehiza aspaldian hasi zen, baina azken hilabeteetan hautagaien zerrenda asko handitu da, Kepler misioaren eraginez. Iaz, urtearen amaieran, NASAk iragarri zuen bizitzarako egokitasunaren eremuan aurkitutako lehen exoplaneta identifikatua duela: Kepler-22b. Gure Eguzkiaren antzeko izar batean orbitatzen duen planetarik txikiena da orain arte aurkitu dituztenen artean. Lurretik 600 argi urteetara dago, gure Eguzki sistematik at. 290 egun ematen ditu bere orbitan izarraren inguruan, eta Lurraren erradioa halako 2,4 da harena. Oraindik ez dakite arrokazkoa, gasezkoa edo likidoa den. NASAk, izan ere, 50 hautagaitik gora ditu bizitzarako egokitasunaren eremuan sartzeko, baina oraindik berretsi gabe. Aurten bizitzarako egokitasunaren eremuan exoplaneta gehiago aurkitu dituen argitu beharko dute.

Giza genoma interpretatzen

Biologiari ere arreta handia jarri beharko zaio 2012an, azken urteetan bezalaxe. Giza genoma aspaldian deskodetu zuten, eta genomak ematen duen informazioa interpretatzen dihardute zientzialariek orain, giza gorputzaren funtzionamendua ulertzeko. Ulermen hori handitzen den heinean, medikuntzan aurrerapauso handiak emango dira —ematen ari dira jada—. Esaterako, minbiziari aurre egiteko terapia berriak azalduko dira seguruenik, eraginkorragoak. Lan izugarria da genomak ematen duen informazioa interpretatzea, eta mantso joango da prozesu hori guztia. Aurten, ordea, aurrerapauso batzuk egongo direla uste dute biologo askok; zenbaterainokoak izango diren da kontua. Ezin da ahaztu Sciencie aldizkariarentzat zientzian 2011n izandako aurkikuntza garrantzitsuena medikuntzaren alorrean izan dela: hiesaren aurkako erretrobirusen aurkako terapia, HPTN052 nazioarteko proiektuaren barruan.

Etorkizuna nanoz idazten da

Bestalde, nanoteknologia aurrerapen teknologikoaren ordezkari nagusietakoa izan da azken urteotan, eta 2012an ere martxan dauden hainbat proiekturen berri jakingo dugu. Kostia Novoselovek eta Andre Geimek (Nobel saridunak) grafenoa sintetizatzea lortu zutenetik, gai hori oso propietate bereziak dituela ikusi dute, ahalmen handikoak. Grafenoarekin diseinatutako telebistak, ordenagailuak eta beste tresna batzuen prototipoak ikusiko ditugu aurten, agian. Baliteke grafenoaren propietateek —gogortasuna, malgutasuna, eroaletasuna— beste iraultza teknologiko bat ekartzea. Donostiako Nanogunean, Graphenean, material hori ekoizten dute, eta, beraz, albistearen iturri izan daiteke beste behin ere Nanogunea.

Iturria:  Xabier Martin, BERRIA