HIGH-DENSITY INTEGRATION OF CARBON NANOTUBES VIA CHEMICAL SELF-ASSEMBLY

"High-density integration of carbon nanotubes via chemical self-assembly". H. Park, A. Afzali, S.-J. Han, G. S. Tulevski, A. D. Franklin, J. Tersoff, J. B. Hannon, W. Haensch. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.189

Carbon nanotubes have potential in the development of high-speed and power-efficient logic applications. However, for such technologies to be viable, a high density of semiconducting nanotubes must be placed at precise locations on a substrate. Here, we show that ion-exchange chemistry can be used to fabricate arrays of individually positioned carbon nanotubes with a density as high as 1 × 10⁹ cm⁻²—two orders of magnitude higher than previous reports. With this approach, we assembled a high density of carbon-nanotube transistors in a conventional semiconductor fabrication line and then electrically tested more than 10,000 devices in a single chip. The ability to characterize such large distributions of nanotube devices is crucial for analysing transistor performance, yield and semiconducting nanotube purity.

Los nanotubos de carbono tienen el potencial de desarrollar aplicaciones lógicas de alta velocidad eficientes energéticamente. Sin embargo, para que dichas tecnologías sean viables, se debe poder colocar una alta densidad de nanotubos semiconductores en posiciones precisas sobre un substrato. Aquí se muestra que la química de intercambio de iones puede usarse para fabricar arreglos de nanotubos de carbono posicionados individualmente, con una densidad tan alta como 1 × 10⁹ cm⁻²—dos órdenes de magnitud mayor que lar reportadas previamente. Con esta estrategia, se ensamblaron transistores de alta densidad de nanotubos de carbono en una línea de fabricación convencional de semiconductores, y entonces se probaron eléctricamente más de 10,000 dispositivos en un único circuito. La capacidad de caracterizar distribuciones de dispositivos de nanotubos así de grandes es muy importante para el análisis del desempeño de los transistores, de su eficiencia y de la pureza de los nanotubos semiconductores.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.189.html

MUSCLE-LIKE SUPRAMOLECULAR POLYMERS: INTEGRATED MOTION FROM THOUSANDS OF MOLECULAR MACHINES

 

"Muscle-like Supramolecular Polymers: Integrated Motion from Thousands of Molecular Machines". G. Du, E. Moulin, N. Jouault, E. Buhler, N. Giuseppone. ANGEWANDTE CHEMIE. In press. DOI: 10.1002/ange.201206571

Mini-muscles: Double up threaded rotaxanes, in the presence of zinc or iron ions, can be polymerized and associated with coordinating units. pH changes trigger cooperative contractions (or expansions) of individual rotaxanes, in which the contour length of the muscle-like supramolecular chains change to several micrometers.

Minimúsculos: Rotaxanos de doble brazo, en presencia de iones de zink o de hierro, pueden polimerizar y asociarse con unidades de coordinación. Los cambio en el pH desencadenan contracciones (o expansiones) cooperativas de los rotaxanos individuales, en los cuales la longitud de las cadenas supramoleculares tipo músculo cambian en varios micrómetros.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201206571/abstract 

SURFACE FUNCTIONALIZED NANOFIBRILLAR CELLULOSE (NFC) FILM AS A PLATFORM FOR IMMUNOASSAYS AND DIAGNOSTICS

 "Surface Functionalized Nanofibrillar Cellulose (NFC) Film as a Platform for Immunoassays and Diagnostics". H. Orelma, I. Filpponen, L.-S. Johansson, M. Osterberg, O. J. Rojas, J. Laine. BIOINTERPHASES 7, 61 (2012). DOI: 10.1007/s13758-012-0061-7

We introduce a new method to modify films of nanofibrillated cellulose (NFC) to produce non-porous, water-resistant substrates for diagnostics. First, water resistant NFC films were prepared from mechanically

disintegrated NFC hydrogel, and then their surfaces were carboxylated via TEMPO-mediated oxidation. Next, the topologically functionalized film was activated via EDS/NHS chemistry, and its reactivity verified with bovine serum albumin and antihuman IgG. The surface carboxylation, EDC/NHS activation and the protein attachment were confirmed using quartz crystal microbalance with dissipation, contact angle measurements, conductometric titrations, X-ray photoelectron spectroscopy and fluorescence microscopy. The surface morphology of the prepared films was investigated using confocal laser scanning microscopy and atomic force microscopy. Finally, we demonstrate that antihuman IgG can be immobilized on the activated NFC surface using commercial piezoelectric inkjet printing.

Se presenta un nuevo método que modifica películas de celulosa nanofibrilar (NFC) para producir substratos para diagnósis no porosos y resistentes al agua. Primero, se prepararon películas NFC resistentes al agua a partir de la desintegración mecánica de un hidrogel NFC, y entonces sus superficies fueron carboxiladas mediante una oxidación TEMPO. En seguida, la película topológicamente funcionalizada se activó mediante química EDS/NHS, y su reactividad fue verificada con serum albúmina bovina e IgG antihumano. La carboxilación de la superficie, la activación EDC/NHS y el anclaje de proteínas se confirmaron mediante una microbalanza de cristal de cuarzo con disipación, mediante mediciones de ángulo de contacto, titulaciones conductométricas, espectroscopia fotoelectrónica de rayos X y microscopia de fluorescencia. La morfología de la superficie de las películas preparadas se investigó usando microscopia láser de barrido cofocal y microscopia de fuerza atómica. Finalmente, se demuestra que el IgG antihumano puede inmobilizarse sobre la superficie NFC, utilizando impresión comercial, piezoeléctrica, de inyección de tinta.

http://www.springerlink.com/content/34221770q130577t/

SELF-ASSEMBLY OF VERTICALLY ALIGNED GOLD NANOROD ARRAYS ON PATTERNED SUBSTRATES

 "Self-Assembly of Vertically Aligned Gold Nanorod Arrays on Patterned Substrates". T. Thai, Y. Zheng, S. H. Ng, S. Mudie, M. Altissimo, U. Bach. ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION 51, 8732 (2012). DOI: 10.1002/anie.201204609

Nanorods standing at attention! A self-assembly technique based on convective and capillary forces was used for the direct fabrication of standing arrays of gold nanorods on lithographically predefined areas. The hexagonal close-packed structure of gold nanorods creates an ideal substrate for surface-enhanced Raman spectroscopy.

Los nanocilindros llaman la atención! Una técnica de autoensamblaje, basada en fuerzas convectivas y capilares, fue empleada para la fabricación directa de arreglos de nanocilindros de oro en regiones predefinidas mediante litografía. La estructura hexagonal compacta de los nanocilindros de oro genera una superficie ideal para la espectroscopia Raman superficial aumentada.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201204609/abstract 

GLYCOSYLATED STAR-SHAPED CONJUGATED OLIGOMERS FOR TARGETED TWO-PHOTON FLUORESCENCE IMAGING

 "Glycosylated Star-Shaped Conjugated Oligomers for Targeted Two-Photon Fluorescence Imaging".  G. Wang, X. Zhang, J. Geng, K. Li, D. Ding, K. -Y. Pu, L. Cai, Y. -H. Lai, B. Liu. CHEMISTRY - A EUROPEAN JOURNAL 18, 9705 (2012). DOI: 10.1002/chem.201200849

A glucopyranose functionalized star-shaped oligomer, N-tris{4,4′,4′′-[(1E)-2-(2-{(E)-2-[4-(benzo[d]thiazol-2-yl)phenyl]vinyl}-9,9-bis(6-2-amido-2-deoxy-1-thio-β-D-glucopyranose-hexyl)-9H-fluoren-7-yl)vinyl]phenyl}phenylamine (TVFVBN-S-NH₂), is synthesized for two-photon fluorescence imaging. In water, TVFVBN-S-NH₂ self-assembles into nanoparticles with an average diameter of ∼49 nm and shows a fluorescence quantum yield of 0.21. Two-photon fluorescence measurements reveal that TVFVBN-S-NH₂ has a two-photon absorption cross-section of ∼1100 GM at 780 nm in water. The active amine group on the glucopyranose moiety allows further functionalization of TVFVBN-S-NH₂ with folic acid to yield TVFVBN-S-NH₂FA with similar optical and physical properties as those for TVFVBN-S-NH₂. Cellular imaging studies reveal that TVFVBN-S-NH₂FA has increased uptake by MCF-7 cells relative to that for TVFVBN-S-NH₂, due to specific interactions between folic acid and folate receptors on the MCF-7 cell membrane. This study demonstrates the effectiveness of glycosylation as a molecular engineering strategy to yield water-soluble materials with a large two-photon absorption (TPA) cross-section for targeted cancer-cell imaging.

Se sintetizó el oligómero funcionalizado con glucopiranosa, en forma de estrella, N-tris{4,4´,4´´-[(1E)-2-(2-{(E)-2-[4-(benzo[d]tiazol-2-il)fenil]vinil}-9,9-bis(6-2-amido-2deoxi-1-tio-β-D-glucopiranosa-hexil)-9H-fluoren-7-il)vinil]fenil}fenilamina (TVFVBN-S-NH₂), para imagenología fluorescente a dos fotones. En agua, el TVFVBN-S-NH₂ se autoensambla en forma de nanopartículas de un diámetro promedio de ~49 nm, y muestran una eficiencia cuántica de fluorescencia de 0.21. Las mediciones de fluorescencia a dos fotones muestran que el TVFVBN-S-NH₂ tiene una sección eficaz de absorción a dos fotones de ~1100 GM a 780 nm, en agua. El grupo activo amino en la glucopiranosa permite una funcionalización adicional del TVFVBN-S-NH₂ con ácido fólico para producir TVFVBN-S-NH₂FA con propiedades ópticas y físicas similares a aquellas del TVFVBN-S-NH₂. Los estudios de imagenología celular muestran que el TVFVBN-S-NH₂FA incrementa la captación de células MCF-7 en relación a la captación hecha por el TVFVBN-S-NH₂, debido a interacciones específicas entre el ácido fólico y los receptores folados en la membrana celular del MCF-7. Este estudio demuestra la efectividad de la glicosilación como una estrategia de ingeniería molecular que permite la obtención de materiales solubles en agua con una alta sección eficaz de absorción a dos fotones (TPA) que pueden ser empleados en imagenología dirigida de células cancerosas.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.201200849/abstract 

COASSEMBLED CYTOTOXIC AND PEGYLATED PEPTIDE AMPHIPHILES FORM FILMANTOUS NANOSTRUCTURES WITH POTENT ANTITUMOR ACTIVITY IN MODELS OF BREAST CANCER

 "Coassembled Cytotoxic and Pegylated Peptide Amphiphiles Form Filamentous Nanostructures with Potent Antitumor Activity in Models of Breast Cancer". D. J. Toft, T. J. Moyer, S. M. Standley, Y. Ruff, A. Ugolkov, S. I. Stupp, V. L. Cryns. ACS NANO 6, 7956 (2012). DOI: 10.1021/nn302503s

Self-assembled peptide amphiphiles (PAs) consisting of hydrophobic, hydvrogen-bonding, and charged hydrophilic domains form cylindrical nanofibers in physiological conditions and allow for the presentation of a high density of bioactive epitopes on the nanofiber surface. We report here on the use of PAs to form multifunctional nanostructures with tumoricidal activity. The combination of a cationic, membrane-lytic PA coassembled with a serum-protective, pegylated PA was shown to self-assemble into nanofibers. Addition of the pegylated PA to the nanostructure substantially limited degradation of the cytolytic PA by the protease trypsin, with an 8-fold increase in the amount of intact PA observed after digestion. At the same time, addition of up to 50% pegylated PA to the nanofibers did not decrease the in vitro cytotoxicity of the cytolytic PA. Using a fluorescent tag covalently attached to PA nanofibers we were able to track the biodistribution in plasma and tissues of tumor-bearing mice over time after intraperitoneal administration of the nanoscale filaments. Using an orthotopic mouse xenograft model of breast cancer, systemic administration of the cytotoxic pegylated nanostructures significantly reduced tumor cell proliferation and overall tumor growth, demonstrating the potential of multifunctional PA nanostructures as versatile cancer therapeutics.

Los péptidos anfifílicos (PAs) autoensamblados que consisten de dominios hidrofóbicos, con enlaces de hidrógeno e hidrofílicos cargados, forman nanofibras cilíndricas en condiciones fisiológicas, y permiten la presentación de una alta densidad de epítopos bioactivos sobre la superficie de la nanofibra. Aquí se reporta el uso de PAs para la formación de nanoestructuras multifuncionales con actividad tumoricida. La combinación de PA membranalítica catiónica co-ensamblada con PA PEGilado protector de serum ha mostrado que se autoensambla en forma de nanofibras. La incorporación de PA PEGilado a la nanoestructura limita substancialmente la degradación del PA citolítico a partir de la tripsina proteasa, con un incremento de 8 veces la cantidad de PA observado después de la digestión. Al mismo tiempo, la adición de un 50% de PA PEGilado a las nanofibras no provoca un decremento en la citotoxicidad in vitro del PA citolítico. Utilizando un etiquetador fluorescente enlazado covalentemente a las nanofibras de PA fue posible seguir la biodistribución en plasma y en tejidos de un ratón con tumores como función del tiempo, después de la administración intraperitoneal de los filamentos nanométricos. Haciendo uso de un modelo xenograft de ratón ortotópico para el cancer de mama, la administración sistemática de las nanoestructuras PEGiladas citotóxicas reduce significativamente la proliferación de células tumorales y el crecimiento global del tumor, demostrando el potencial que tienen las nanoestructuras PA multifuncionales como parte de una versátil terapia contra el cáncer.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn302503s 

SELF-ASSEMBLED COLLOIDAL SUPERPARTICLES FROM NANORODS

"Self-Assembled Colloidal Superparticles from Nanorods". T. Wang, J. Zhuang, J. Lynch, O. Chen, Z. Wang, X. Wang, D. LaMontagne, H. Wu, Z. Wang, Y. C. Cao. SCIENCE 338, 6105 (2012). DOI: 10.1126/science.1224221

Colloidal superparticles are nanoparticle assemblies in the form of colloidal particles. The assembly of nanoscopic objects into mesoscopic or macroscopic complex architectures allows bottom-up fabrication of functional materials. We report that the self-assembly of cadmium selenide–cadmium sulfide (CdSe-CdS) core-shell semiconductor nanorods, mediated by shape and structural anisotropy, produces mesoscopic colloidal superparticles having multiple well-defined supercrystalline domains. Moreover, functionality-based anisotropic interactions between these CdSe-CdS nanorods can be kinetically introduced during the self-assembly and, in turn, yield single-domain, needle-like superparticles with parallel alignment of constituent nanorods. Unidirectional patterning of these mesoscopic needle-like superparticles gives rise to the lateral alignment of CdSe-CdS nanorods into macroscopic, uniform, freestanding polymer films that exhibit strong photoluminescence with a striking anisotropy, enabling their use as downconversion phosphors to create polarized light-emitting diodes.

Las superpartículas coloidales son arreglos de nanopartículas en forma de partículas coloidales. El arreglo de objetos nanoscópicos en arquitecturas mesoscópicas o macroscópicas complejas permiten la fabricación bottom-up de materiales funcionales. Se reporta que la autoorganización de selenuro de cadmio - sulfuro de cadmio (CdSe - CdS) en nanobarras semiconductoras tipo núcleo-cáscara, controlada mediante anisotropía estructural y de forma, produce superpartículas coloidales mesoscópicas que tienen múltiples dominios supercristalinos bien definidos. Es más, las interacciones anisotrópicas, basadas en la funcionalidad, entre estas barras de CdSe - CdS, se pueden inducir cinéticamente durante la autoorganización y, en consecuencia, llevar a superpartículas en forma de agujas que tienen un único dominio, con una alineación paralela de las nanobarras. El arreglo unidireccional de estas superpartículas mesoscópicas en forma de agujas da lugar a una alineación lateral de las nanobarras de CdSe - CdS en películas poliméricas macroscópicas, uniformes e independientes que exhiben una fuerte fotoluminiscencia con una marcada anisotropía, lo cual permite su uso como fósforos que presentan downconversion con los cuales crear diodos emisores de luz polarizada.

http://www.sciencemag.org/content/338/6105/358 

SAGE GLASS: AN ELECTRONICALLY TINTABLE GLASS BASED ON NANOMATERIALS

In this video, SageGlass shows the use of smart windows in architecture.

En este video SageGlass presenta el uso arquitectónico de vidrios inteligentes.

Translation to spanish:

SageGlass presenta una manera brillante que permite tener un total control sobre la luz del sol.

En diversos proyectos alrededor del mundo, arquitectos y propietarios de casas, utilizan SageGlass para controlar la luz del sol de manera homogénea, manejando eficientemente los reflejos solares y el aumento de temperatura pero manteniendo el contacto con el ambiente exterior. SageGlass es un vidrio entintable electrónicamente hecho para ventanas, tragaluces y paredes.

Basta presionar un botón para que automáticamente, como parte del sistema de control del edicficio, SageGlass permita cambiar la cantidad de luz de día y de calor que entra a una habitación, con un nivel de control sin precedentes sobre la luz solar. SageGlass disminuye el consumo de energía, haciendo a los edificios más sostenibles y mejorando la comodidad y el bienestar de la gente que los ocupa. Por esto se dice que este vidrio no está diseñado para edificios sino que está diseñado para la gente, para la gente que trabaja, aprende y vive en los edificios.

Actualmente SageGlass se encuentra instalado en cientos de edificios, que incluyen oficinas comerciales, escuelas, bibliotecas, museos y más. En la Universidad Ball State, Gary Canaday, su director administrativo, utilizó SageGlass para transformar una sala ordinaria de las residencias en un espacio confortable en el que los estudiantes pueden vivir, aprender y socializar con comodidad.

Gary Canaday: Necesitabamos oscurecer el espacio interior pero sin perder el contacto con el espacio exterior, SageGlass es la solución automatizada para el control de luz solar.

Actualmente, la sala de dirección es un punto especial en el campus, ya que además de ser energéticamente eficiente es acogedora.

SageGlass se ha usado por igual en casas y en diseños comerciales en los que la sostenibilidad es una prioridad, por ello el arquitecto Randall Vaughn eligió SageGlass para las instalaciones de turbinas de Siemens.

Randall Vaughn: SageGlass nos permitió construir un edificio a base de vidrio sin que se vieran comprometidos los compromisos de sostenibilidad.

SageGlass proporciona una solución elegante porque cambia dinámicamente de un estado claro a uno opaco, permitiendo que la luz entre sin crear reflejos ni aumentos indeseados en la temperatura de las habitaciones.

Las propiedades energéticamente eficientes de SageGlass permitieron que el edificio de Siemens lograra la máxima certificación dorada, al mismo tiempo que combina muy bien la estética y la sostenibilidad.

¿Por qué no descubrir todos los modos en que SageGlass puede ayudar a ahorrar energía, haciendo más sostenibles a los edificios, y mejorando la calidad de vida de las personas?

Conoce más en http://sageglass.com/

A HIGH-RESOLUTION MICROCHIP OPTOMECHANICAL ACCELEROMETER

 

"A high-resolution microchip optomechanical accelerometer". A. G. Krause, M. Winger, T. D. Blasius, Q. Lin, O. Painter. NATURE PHOTONICS. In press. DOI: 10.1038/nphoton.2012.245

The monitoring of acceleration is essential for a variety of applications ranging from inertial navigation to consumer electronics. Typical accelerometer operation involves the sensitive displacement measurement of a flexibly mounted test mass, which can be realized using capacitive, piezo-electric, tunnel-current or optical methods. Although optical detection provides superior displacement resolution, resilience to electromagnetic interference and long-range readout, current optical accelerometers either do not allow for chip-scale integration or utilize relatively bulky test mass sensors of low bandwidth. Here, we demonstrate an optomechanical accelerometer that makes use of ultrasensitive displacement readout using a photonic-crystal nanocavity monolithically integrated with a nanotethered test mass of high mechanical Q-factor. This device achieves an acceleration resolution of 10 µg Hz^−1/2 with submilliwatt optical power, bandwidth greater than 20 kHz and a dynamic range of greater than 40 dB. Moreover, the nanogram test masses used here allow for strong optomechanical backaction, setting the stage for a new class of motional sensors.

El seguimiento de la aceleración es esencia para toda una variedad de aplicaciones, que van desde la navegación inercial hasta los usuarios de electrónica. La operación típica de los acelerómetros involucra la medición sensible de desplazamientos de una masa de prueba flexible, lo cual se puede lograr usando métodos capacitivos, piezoeléctricos, ópticos o de corriente de tunelamiento. A pesar de que la detección óptica proporciona una mayor resolución en la detección de desplazamientos, resistencia a la interferencia electromagnética y una lectura de amplio intervalo, los actuales acelerómetros ópticos no permiten su integración en procesadores electrónicos o utilizan como sonda una masa de prueba muy grande con un ancho de banda muy pequeño. Aquí se muestra un acelerómetro optomecánico que hace uso de una lectura ultrasensible del desplazamiento a partir de una nanocavidad hecha de cristal fotónico, monolíticamente integrada a una masa de prueba sujeta nanométricamente, con un alto factor mecánico Q. Este dispositivo logra una resolución en la aceleración de 10 µg Hz^−1/2 usando una potencia óptica por debajo de los miliwatts, un ancho de banda superior a los 20 kHz y un intervalo dinámico mayor a los 40 dB. Es más, las masas de prueba nanométricas que se usaron permiten una fuerte recuperación optomecánica, estableciendo así un nuevo tipo de sensores de movimiento.

http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2012.245.html 

IMPLEMENTATION OF MICRO-BALL NANODIAMOND ANVILS FOR HIGH-PRESSURE STUDIES ABOVE 6 MBAR

 "Implementation of micro-ball nanodiamond anvils for high-pressure studies above 6 Mbar". L. Dubrovinsky, N. Dubrovinskaia, V. B. Prakapenka, A. M. Abakumov. NATURE COMMUNICATIONS 3, 1163 (2012). DOI: 10.1038/ncomms2160

Since invention of the diamond anvil cell technique in the late 1950s for studying materials at extreme conditions, the maximum static pressure generated so far at room temperature was reported to be about 400 GPa. Here we show that use of micro-semi-balls made of nanodiamond as second-stage anvils in conventional diamond anvil cells drastically extends the achievable pressure range in static compression experiments to above 600 GPa. Micro-anvils (10–50 μm in diameter) of superhard nanodiamond (with a grain size below ~50 nm) were synthesized in a large volume press using a newly developed technique. In our pilot experiments on rhenium and gold we have studied the equation of state of rhenium at pressures up to 640 GPa and demonstrated the feasibility and crucial necessity of the in situ ultra high-pressure measurements for accurate determination of material properties at extreme conditions.

Desde la invención de la técnica de la celda yunque de diamante, a finales de los 1950s, para estudiar materiales bajo condiciones extremas, la máxima presión estática que se ha generado a temperatura ambiente está reportada alrededor de los 400 GPa. Aquí se muestra que el uso de microhemiesferas hechas de nanodiamante, como un segundo yunque en las celdas de diamante convencionales, aumenta drásticamente el intervalo de presión que se consigue en experimentos de compresión estática, hasta por arriba de los 600 GPa. Se sintetizaron microyunques (diámetro de 10-50 μm) de nanodiamante superduro (con tamaño de grano por debajo de ~50 nm) en una prensa de alto volumen, utilizando una nueva técnica. En los experimentos de prueba, hechos en Renio y Oro, se estudió la ecuación de estado del Renio a presiones de hasta 640 GPa y se demostró la posibilidad y la importante necesidad de realizar mediciones in situ de ultra-alta presión para la determinación precisa de las propiedades del material en condiciones extremas.

http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n10/full/ncomms2160.html 

DNA SELF-ASSEMBLY OF TARGETED NEAR-INFRARED-RESPONSIVE GOLD NANOPARTICLES FOR CANCER THERMO-CHEMOTHERAPY

"DNA Self-Assembly of Targeted Near-Infrared-Responsive Gold Nanoparticles for Cancer Thermo-Chemotherapy". Z. Xiao, C. Ji, J. Shi, E. M. Pridgen, J. Frieder, J. Wu, O. C. Farokhzad. ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION. In press. DOI: 10.1002/anie.201204018

Targeted cancer therapy: Inspired by the ability of DNA hybridization, a targeted near-infrared (NIR) light-responsive delivery system has been developed through simple DNA self-assembly (see picture; PEG=polyethylene glycol). This DNA-based platform shows the ability of releasing therapeutics upon near-infrared irradiation, and remarkable targeted thermo- and chemotherapeutic efficacy in vitro and in vivo.

Terapia dirigida contra el cancer: Inspirados por la capacidad de la hibridización del ADN, se ha desarrollado un sistema de liberación de medicamentos que responde ante iluminación con luz infrarroja cercana (NIR), a través del autoensamblaje sencillo del ADN (ver figura; PEG=polietilenglicol). Esta plataforma basada en ADN muestra la capacidad de liberar medicamento ante la iluminación con luz en el infrarrojo cercano, y muestra una destacada eficacia en termo y quimioterapias in vitro e in vivo.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201204018/abstract?systemMessage=Wiley+Online+Library+will+be+disrupted+on+27+October+from+10%3A00-12%3A00+BST+%2805%3A00-07%3A00+EDT%29+for+essential+maintenance

OSORB: NANOMATERIAL CLEANS UP TOXIC WATER

Video from National Science Foundation (USA).

Translation to Spanish:

No se trata de un error ni de un descubrimiento afortunado e inesperado. En el College of Wooster, el químico Paul Edmiston realizaba experimentos en nanomateriales de vidrio para desarrollar una mejor manera de detectar explosivos en los aeropuertos, pero en lugar de lograrlo descubrió un material que ahora es llamado OSORB, y que es una substancia similar a una esponja que es capaz de extraer aceite y otros contaminantes que se encuentran en el agua.

Paul Edmiston: El descubrimiento de OSORB fue fortuito, este descubrimiento proviene de investigación hecha a nivel de ciencia básica mientras buscábamos vidrios que atraparan vapores de explosivos.

Con apoyo de la National Science Foundation (USA), Edmiston y sus colaboradores de ABS Materials en Western Ohio (USA) están desarrollando tecnologías para la limpieza del agua en ciudades e industrias, OSORB es uno de los productos principales.

Paul Edmiston: Comenzamos con moléculas de vidrio.

Se comienza con una solución de vidrio, agua y un poco de catalizador.

Paul Edmiston: Las nanopartículas de aquí se conectan tanto que permanecen juntas y se vuelven rígidas, como pueden observar. Entonces, secamos el material y cuando entra en contacto con el contaminante se hincha y vuelve a su forma original.

Las toxinas son adsorbidas y ahora es seguro beber el agua.

El cofundador de ABS Materials, Stephen Spoonamore, dice que existe una gran necesidad de productos como OSORB, los cuales puedan limpiar fácilmente grandes cantidades de agua contaminada con pesticidas en agricultura, con petróleo en perforaciones petroleras, o con otros contaminantes de otros procesos industriales.

Stephen Spoonamore: Cuando se fabrican chips, cuando se fabrica electrónica, cuando se fabrican químicos, se contamina mucha agua con volátiles, lo que queremos es extraer esos volátiles del agua.

Aquí, en la fábrica, se prepara OSORB en estos tubos de reacción, con diversas recetas, para que puedan limpiar el agua de hidrocarburos, de pesticidas y de otros contaminantes.

Desastres petroleros como el que ocurrió en aguas profundas del Golfo de México han hecho que se preste atención a la limpieza del agua. Se ha usado OSORB para limpiar parte del agua que está en contacto con pozos petroleros.

Paul Edmiston: El procesado del agua que ha estado en contacto con hidrocarburos es un reto para nuestra sociedad.

Se puede decir que OSORB siempre es una alternativa vítrea para la limpieza del agua.

Reportó para Science Nation: Miles O'Brien.

RAPID DETECTION OF MICRORNA BY A SILVER NANOCLUSTER DNA PROBE

 "Rapid Detection of MicroRNA by a Silver Nanocluster DNA Probe". S. W. Yang, T. Vosch. ANALYTICAL CHEMISTRY 83, 6935 (2011). DOI: 10.1021/ac201903n

MicroRNAs (miRNAs) are regulatory small RNAs that have important roles in numerous developmental, metabolic, and disease processes of plants and animals. The individual levels of miRNAs can be useful biomarkers for cellular events or disease diagnosis. Thus, innovative new tools for rapid, specific, and sensitive detection of miRNAs are an important field of research. Using the fluorescence properties of DNA-nanosilver clusters (DNA/AgNC), we have designed a DNA/AgNC probe that can detect the presence of target miRNA. Here, we show that the red fluorescence of the DNA/AgNC probe is diminished upon the presence of target miRNA without pre- or postmodification, addition of extra enhancer molecules, and labeling. The DNA/AgNC probe emission was lowest when the complementary miRNA target was present and was significantly higher for four other control miRNA sequences. Also, when adding whole plant endogenous RNA to the DNA/AgNC probe, the emission was significantly higher for the mutant where miRNA was deficient. On the basis of these findings, we suggest that these DNA/AgNC probes could be developed into a new, simple, inexpensive, and instant technique for miRNAs detection.

Los microRNAs (miRNAs) son pequeños RNAs reguladores que desempeñan papeles importantes en numerosos procesos metabólicos, de desarrollo y de enfermedad en plantas y animales. Los niveles individuales de miRNAs pueden ser biomarcadores útiles para eventos celulares o para diagnóstico de enfermedades. Así, la innovación en las herramientas destinadas a la detección rápida, específica y sensible de miRNAs es un importante área de investigación. Usando las propiedades fluorescentes de los cúmulos de DNA-nanoplata (DNA/AgNC), se ha diseñado una sonda DNA/AgNC que puede detectar la presencia de miRNA objetivo. Aquí se muestra que la fluorescencia roja de la sonda DNA/AgNC disminuye ante la presencia del miRNA objetivo sin premodificación o sin postmodificación, la adición de moléculas aumentadoras extra, y el etiquetado. La emisión de la sonda DNA/AgNC fue mínima cuando el miRNA objetivo complementario estaba presente, y fue notablemente mayor para otras cuatro secuencias de mRNA de referencia. También, al agregar completamente el RNA endógeno de la planta a la sonda DNA/AgNC, la emisión resultó notablemente mayor para el mutante, en donde había deficiencia del miRNA. En base a estos resultados, se sugiere que estas sondas DNA/AgNC pudieran permitir el desarrollo de una nueva técnica sencilla, instantánea y económica y sencilla para la detección de miRNAs.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ac201903n 

NANOMETRE OPTICAL COATINGS BASED ON STRONG INTERFERENCE EFFECTS IN HIGHLY ABSORBING MEDIA

 "Nanometre optical coatings based on strong interference effects in highly absorbing media". M. A. Kats, R. Blanchard, P. Genevet, F. Capasso. NATURE MATERIALS. In press. DOI: 10.1038/nmat3443

Optical coatings, which consist of one or more films of dielectric or metallic materials, are widely used in applications ranging from mirrors to eyeglasses and photography lenses. Many conventional dielectric coatings rely on Fabry–Perot-type interference, involving multiple optical passes through transparent layers with thicknesses of the order of the wavelength to achieve functionalities such as anti-reflection, high-reflection and dichroism. Highly absorbing dielectrics are typically not used because it is generally accepted that light propagation through such media destroys interference effects. We show that under appropriate conditions interference can instead persist in ultrathin, highly absorbing films of a few to tens of nanometres in thickness, and demonstrate a new type of optical coating comprising such a film on a metallic substrate, which selectively absorbs various frequency ranges of the incident light. These coatings have a low sensitivity to the angle of incidence and require minimal amounts of absorbing material that can be as thin as 5–20 nm for visible light. This technology has the potential for a variety of applications from ultrathin photodetectors and solar cells to optical filters, to labelling, and even the visual arts and jewellery.

Los recubrimientos ópticos que consisten de una o más películas de materiales dieléctricos o metálicos son ampliamente usados en aplicaciones que van desde espejos hasta anteojos y lentes fotográficas. Muchos de los recubrimientos dieléctricos convencionales se basan en una interferencia tipo Fabry-Perot, que involucra la transmisión óptica a través de múltiples capas transparentes, la cuales tienen un espesor del orden de la longitud de onda para lograr funcionalidades tales como antireflejo, dicroísmo y alta reflectividad. Los dieléctricos altamente absorbentes típicamente no son empleados porque generalmente se cree que la propagación de luz a través de dichos medios destruye los efectos de interferencia. En cambio, se muestra que bajo condiciones apropiadas, la interferencia puede persistir en películas ultradelgadas altamente absorbentes, estas películas tienen un espesor de algunas decenas de nanómetros, y se demuestra un nuevo tipo de recubrimiento óptico que usa dichas películas sobre sustratos metálicos para absorber selectivamente distintos intervalos de frecuencias luminosas. Estos recubrimientos tienen una baja sensibilidad al ángulo de incidencia y requieren cantidades mínimas de material absorbente, el cual puede ser tan delgado como 5-20 nm para la luz visible. Esta tecnología tiene potencial en una variedad de aplicaciones que van desde celdas solares y fotodetectores ultradelgados, hasta filtros ópticos, pasando por el etiquetado, e incluso por las artes visuales y la joyería.

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3443.html

PLASMID-TEMPLATED SHAPE CONTROL OF CONDENSED DNA-BLOCK COPOLYMER NANOPARTICLES

 

"Plasmid-Templated Shape Control of Condensed DNA–Block Copolymer Nanoparticles". X. Jiang, W. Qu, D. Pan, Y. Ren, J. -M. Williford, H. Cui, E. Luijten, H. -Q. Mao. ADVANCED MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adma.201202932

DNA-containing micellar nanoparticles with distinctly different and highly uniform morphologies are prepared via condensation of plasmid DNA with a block copolymer of polyethylene glycol and a polycation in solvents of different polarity. Molecular dynamics simulations explain the underlying mechanism.

Se prepararon nanopartículas micelares que contienen ADN, con distintas morfologías altamente uniformes, mediante la condensación de plásmidos ADN con copolímeros de bloque de polietilenglicol y con un policatión en disolventes de diferente polarity. Simulaciones de dinámica molecular explican los mecanismos que los gobiernan.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201202932/abstract

OCTOBER: RECOGNIZING BREAST CANCER AWARENESS MONTH

OPTICAL EXTINCTION IN A SINGLE LAYER OF NANORODS

"Optical Extinction in a Single Layer of Nanorods". P. Ghenuche, G. Vincent, M. Laroche, N. Bardou, R. Haidar, J. -L. Pelouard, S. Collin. PHYSICAL REVIEW LETTERS 109, 143903 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.143903

We demonstrate that almost 100% of incident photons can interact with a monolayer of scatterers in a symmetrical environment. Nearly perfect optical extinction through free-standing transparent nanorod arrays has been measured. The sharp spectral opacity window, in the form of a characteristic Fano resonance, arises from the coherent multiple scattering in the array. In addition, we show that nanorods made of absorbing material exhibit a 25-fold absorption enhancement per unit volume compared to unstructured thin film. These results open new perspectives for light management in high-Q, low volume dielectric nanostructures, with potential applications in optical systems, spectroscopy, and optomechanics.

Se demuestra que casi el 100% de los fotones incidentes pueden interactuar con una monocapa de esparcidores en un ambiente simétrico. Se ha medido extinción óptica casi perfecta a través de arreglos transparentes de nanobarras. La estrecha ventana espectral de opacidad, en la forma de una resonancia característica de Fano, aparece a partir del esparcimiento coherente múltiple en el arreglo. Además, se muestra que las nanobarras hechas de un material absorbente exhiben un aumento en la absorción de 25 veces por unidad de volumen, en comparación con películas delgadas sin estructurar. Estos resultados abren nuevas perspectivas para el manejo de luz en nanoestructuras dieléctricas de poco volumen y alta Q, con aplicaciones potenciales en sistemas ópticos, espectroscopia y optomecánica.

http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.109.143903 

EXPLOITING NANOROUGHNESS ON HOLOGRAPHICALLY PATTERNED THREE-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTALS

"Exploiting Nanoroughness on Holographically Patterned Three-Dimensional Photonic Crystals". J. Li, G. Liang, X. Zhu, S. Yang. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS 22, 2980 (2012). DOI: 10.1002/adfm.201200013

The fabrication of three-dimensional (3D) diamond photonic crystals with controllable nanoroughness (≤120 nm) on the surface from epoxy-functionalized cyclohexyl polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) is reported. The nanoroughness is generated on the 3D network due to microphase separation of the polymer chain segments in a nonsolvent during the rinsing step in holographic lithography process. The degree of roughness can be tuned by the crosslinking density of the polymer network, which is dependent on the loading of photoacid generators, the exposure dosage, and the choice of developer and rinsing solvent. Because the nanoroughness size is small, it does not affect the photonic band gap position of the photonic crystal in the infrared region. The combination of periodic microstructure and nanoroughness, however, offers new opportunities to realize superhydrophobicity and enhanced dye adsorption in addition to the photon management in the 3D photonic crystal.

Se reporta la fabricación de cristales fotónicos tridimensionales (3D) tipo diamante, con nanorugosidad controlada (≤120 nm) en la superficie, hechos a partir de silsesquioxanos oligoméricos ciclohexil poliédricos. La nanorugosidad se genera en la red 3D a partir de la microseparación de fases de las cadenas del polímero en un no-solvente, durante el paso de enjuagado del proceso de litografía holográfica. El grado de rugosidad puede sen controlado mediante la densidad de entrecruzamiento de la red polimérica, la cual depende de la cantidad de generadores fotoácidos, de la dosis de exposición, y de la elección de los disolventes de revelado y enjuague. Debido a las pequeñas dimensiones de las nanorugosidades, éstas no afectan la posición de la brecha de energía fotónica del cristal fotónico en la región del infrarrojo. La combinación de microestructuras periódicas y de nanorugosidad ofrece nuevas oportunidades a la realización de materiales superhidrofóbicos y al aumento de la adsorción de colorantes, además de la manipulación de fotones en el cristal fotónico 3D.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201200013/abstract 

MAGNETIC NANOPARTICLE-MEDIATED MASSIVELY PARALLEL MECHANICAL MODULATION OF SINGLE-CELL BEHAVIOR

 "Magnetic nanoparticle–mediated massively parallel mechanical modulation of single-cell behavior". P. Tseng, J. W. Judy, D. Di Carlo. NATURE METHODS. In press. DOI: 10.1038/nmeth.2210

We report a technique for generating controllable, time-varying and localizable forces on arrays of cells in a massively parallel fashion. To achieve this, we grow magnetic nanoparticle–dosed cells in defined patterns on micromagnetic substrates. By manipulating and coalescing nanoparticles within cells, we apply localized nanoparticle-mediated forces approaching cellular yield tensions on the cortex of HeLa cells. We observed highly coordinated responses in cellular behavior, including the p21-activated kinase–dependent generation of active, leading edge–type filopodia and biasing of the metaphase plate during mitosis. The large sample size and rapid sample generation inherent to this approach allow the analysis of cells at an unprecedented rate: in a single experiment, potentially tens of thousands of cells can be stimulated for high statistical accuracy in measurements. This technique shows promise as a tool for both cell analysis and control.

Se reporta una técnica que permite generar fuerzas masivas y paralelas en arreglos de células, de modo controlado, variable en el tiempo, y localizado. Para lograrlo se crecieron células dosificadas con nanopartículas magnéticas en arreglos definidos sobre sustratos micromagnéticos. Por medio de la manipulación y la coalescencia de nanopartículas en las células, se aplicaron fuerzas localizadas a través de las nanopartículas, logrando tensiones celulares sobre la corteza de células HeLa. Se observaron respuestas altamente coordinadas en el comportamiento celular, que incluyen la generación dependiente de quinasa, activada con p21, de filópodos tipo borde activos, y la tendencia de la metafase plana durante la mitosis. El tamaño grande de la muestra y la rápida generación de la muestra, inherentes a esta estrategia, permite el análisis de células con una rapidez sin precedentes: en un experimento, solamente, se pueden estimular potencialmente decenas de miles de células, lo que permiten mediciones de alta precisión estadística. Esta téncica ofrece es una herramienta prometedora para el análisis y el control celular.  

http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/full/nmeth.2210.html

PLASMON-INDUCED DOPING OF GRAPHENE

 "Plasmon-Induced Doping of Graphene". Z. Fang, Y. Wang, Z. Liu, A. Schlather, P. M. Ajayan, F. H. L. Koppens, P. Nordlander, N. J. Halas. ACS NANO. In press. DOI: 10.1021/nn304028b

A metallic nanoantenna, under resonant illumination, injects nonequilibrium hot electrons into a nearby graphene structure, effectively doping the material. A prominent change in carrier density was observed for a plasmonic antenna-patterned graphene sheet following laser excitation, shifting the Dirac point, as determined from the gate-controlled transport characteristic. The effect is due to hot electron generation resulting from the decay of the nanoantenna plasmon following resonant excitation. The effect is highly tunable, depending on the resonant frequency of the plasmonic antenna, as well as on the incident laser power. Hot electron-doped graphene represents a new type of hybrid material that shows great promise for optoelectronic device applications.

Una nanoantena metálica, bajo iluminación resonante, inyecta electrones "calientes" fuera de equilibrio en una estructura de grafeno cercana, dopando así de manera efectiva al material. El cambio notable en la densidad de portadores de carga se observó para una hoja de grafeno con un arreglo tipo antena plasmónica, mediante excitación láser, desplazando el punto de Dirac, como está determinado por las curvas características de transporte controlado por compuertas. El efecto se debe a la generación de electrones "calientes" provenientes del decaimiento de la nanoantena plasmónica que responde ante la excitación resonante. El efecto es altamente sintonizable, depende de la frecuencia de resonancia de la antena plasmónica, así como de la potencia del  láser incidente. El grafeno contaminado con electrones "calientes" representa un nuevo tipo de material híbrido que resulta ser una gran promesa para aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn304028b

FROM BINARY TO TERNARY SOLVENT: MORPHOLOGY FINE-TUNING OF D/A BLENDS IN PDPP3T-BASED POLYMER SOLAR CELLS

 

"From Binary to Ternary Solvent: Morphology Fine-tuning of D/A Blends in PDPP3T-based Polymer Solar Cells". L. Ye,  S. Zhang, W. Ma, B. Fan, X. Guo, Y. Huang, H. Ade, J. Hou. ADVANCED MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adma.201202855

For the PDPP3T/PCBM system investigated here, atomic force microscopy, resonant soft X-ray scattering, and grazing incidence wide angle X-ray scattering are used as an initial set of tools to determine the surface texture, the bulk compositional morphology, and the crystallization behavior, respectively. We find systematic variations and relate them to device performance. A solvent mixture of DCB/CF/DIO = 76:19:5 (v/v/v) yields a PCE of 6.71%. 

Para el sistema PDPP3T/PCBM que se investiga aquí, se utilizan microscopia de fuerza atómica, difracción suave resonante de rayos X y difracción de rayos X a incidencia rasante a ángulos amplios, como herramientas que permiten determinar la textura de la superficie, la morfología de la composición en bulto, y el comportamiento de cristalización, respectivamente. Se encontraron variaciones sitemáticas y se relacionan con el desempeño del dispositivo. Una mezcla de disolventes de DCB/CF/DIO = 76:19:5 (v/v/v) lleva a un PCE del 6.71%.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201202855/abstract

ULTRASTRONG, STIFF AND MULTIFUNCTIONAL CARBON NANOTUBE COMPOSITES

"Ultrastrong, Stiff and Multifunctional Carbon Nanotube Composites". X. Wang, Z. Z. Yong, Q. W. Li, P. D. Bradford, W. Liu, D. S. Tucker, W. Cai, H. Wang, F. G. Yuan, Y. T. Zhu. MATERIALS RESEARCH LETTERS In press. DOI: 10.1080/21663831.2012.686586

Carbon nanotubes (CNTs) are an order of magnitude stronger than any other current engineering fiber. However, for the past two decades, it has been a challenge to utilize their reinforcement potential in composites. Here, we report CNT composites with unprecedented multifunctionalities, including record high strength (3.8 GPa), high Young's modulus (293 GPa), electrical conductivity (1230 S·cm ⁻¹), and thermal conductivity (41 W m ⁻¹ K ⁻¹). These superior properties are derived from the long length, high volume fraction, good alignment and reduced waviness of the CNTs, which were produced by a novel-processing approach that can be easily scaled up for industrial production.

Los nanotubos de carbono (CNTs) son un orden de magnitud más resistentes que cualquier otra fibra actual. Sin embargo, durante las últimas dos décadas, ha resultado ser todo un reto utilizarlos para reforzar compositos. Aquí se reportan compositos de CNT con multifuncionalidades sin precedentes, incluyendo una alta resistencia récord (3.8 GPa), un alto módulo de Young (293 GPa), una alta conductividad eléctrica (1230 S·cm ⁻¹), y una alta conductividad térmica (41 W m ⁻¹ K ⁻¹). Estas propiedades superiores provienen de la gran longitud, alta fracción de llenado, buena alineación y ondulación reducida de los CNTs, los cuales se producen por una novedosa estrategia de procesado que puede escalarse fácilmente para su producción industrial.

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/21663831.2012.686586

THERMORESPONSIVE POLYMER INDUCED SWEATING SURFACES AS AN EFFICIENT WAY TO PASSIVELY COOL BUILDINGS

 "Thermoresponsive Polymer Induced Sweating Surfaces as an Efficient Way to Passively Cool Buildings". A. C. C. Rotzetter, C. M. Schumacher, S. B. Bubenhofer, R. N. Grass, L. C. Gerber, M. Zeltner, W. J. Stark. ADVANCED MATERIALS 24, 5352 (2012). DOI: 10.1002/adma.201202574

Buildings can be effectively cooled by a bioinspired sweating-like action based on thermoresponsive hydrogels (PNIPAM), which press out their stored water when exceeding the lower critical solution temperature. The surface temperature is reduced by 15 °C compared to that of a conventional hydrogel (pHEMA) and by 25 °C compared to the bare ground.

Los edificios pueden enfriarse de manera efectiva mediante una acción bioinspirada en la sudoración, en base a hidrogeles termoresponsivos (PNIPAM), los cuales expelen el agua que contienen cuando se excede la mínima temperatura crítica de la disolución. La temperatura superficial se reduce en 15°C en comparación con lo que se logra con un hidrogel convencional (pHEMA) y en 25°C en comparación con el fondo.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201202574/abstract

PROBING BURIED ORGANIC LAYERS IN ORGANIC LIGHT-EMITTING DIODES UNDER OPERATION BY ELECTRIC-FIELD-INDUCED DOUBLY RESONANT SUM-FREQUENCY GENERATION SPECTROSCOPY

"Probing buried organic layers in organic light-emitting diodes under operation by electric-field-induced doubly resonant sum-frequency generation spectroscopy". T. Miyamae, N. Takada, T. Tsutsui. APPLIED PHYSICS LETTERS 101, 073304 (2012). DOI: 10.1063/1.4746273

Electric-field-induced doubly resonant sum-frequency generation (EFI-DR-SFG) spectroscopy was used to study the electric field distribution in multilayer organic light-emitting diodes (OLEDs). Remarkable correlations between the DR-SFG signal enhancement and the applied bias voltage were observed. The SFG signals attributed to 4,4′-bis[N-(1-naphthyl-N-phenylamino)-biphenyl] were significantly enhanced by applying a forward voltage, whereas those from Alq₃ were increased by applying a reverse voltage. The large enhancement in EFI-DR-SFG intensity enables us to nondestructively probe the local electric field distribution at the buried organic layer within the OLED.

Se utilizó espectroscopia resonante de generación doble de suma de frecuencias inducida por campo eléctrico (EFI-DR-SFG) para estudiar la distribución de campo eléctrico en diodos orgánicos multicapa emisores de luz (OLEDs). Se observaron correlaciones notables entre el incremento de señal DR-SFG y el voltaje aplicado. Las señales SFG atribuibles al 4,4'-bis[N-(1-naftil-N-fenilamino)-bifenil] se incrementaron significativamente por la aplicación de un voltaje directo, mientras que la señal de aquellas de Alq₃ se incrementaron por la aplicación de un voltaje inverso. El fuerte incremento de la intensidad EFI-DR-SFG permite sondear, de forma no destructiva, la distribución del campo eléctrico local en la capa orgánica que contiene el OLED.

http://dx.doi.org/10.1063/1.4746273

PHOTOCURRENT OF A SINGLE PHOTOSYNTHETIC PROTEIN

 "Photocurrent of a single photosynthetic protein". D. Gerster, J. Reichert, H. Bi, J. V. Barth, S. M. Kaniber, A. W. Holleitner, I. Visoly-Fisher, S. Sergani, I. Carmeli. NATURE NANOTECHNOLOGY 7, 673 (2012). DOI: 10.1038/nnano.2012.165

Photosynthesis is used by plants, algae and bacteria to convert solar energy into stable chemical energy. The initial stages of this process—where light is absorbed and energy and electrons are transferred—are mediated by reaction centres composed of chlorophyll and carotenoid complexes. It has been previously shown that single small molecules can be used as functional components in electric and optoelectronic circuits, but it has proved difficult to control and probe individual molecules for photovoltaic and photoelectrochemical applications. Here, we show that the photocurrent generated by a single photosynthetic protein—photosystem I—can be measured using a scanning near-field optical microscope set-up. One side of the protein is anchored to a gold surface that acts as an electrode, and the other is contacted by a gold-covered glass tip. The tip functions as both counter electrode and light source. A photocurrent of ~10 pA is recorded from the covalently bound single-protein junctions, which is in agreement with the internal electron transfer times of photosystem I.

La fotosíntesis es utilizada por las plantas, las algas y las bacterias para convertir la energía solar en energía química estable. Las etapas iniciales de este proceso - en el que la luz es absorbida y se transfieren energía y electrones - están mediadas por centros reactivos compuestos de complejos de clorofila y de carotenoides. Previamente se ha mostrado que pequeñas moléculas aisladas pueden ser usadas como componentes funcionales en circuitos eléctricos y optoelectrónicos, pero se ha visto la dificultad de controlar y sondear moléculas individuales para aplicaciones fotovoltaicas y fotoelectroquímicas. Aquí se muestra que la fotocorriente generada por una proteína fotosintética aislada - fotosistema I - puede ser medida a través de un arreglo experimental consistente de un microscopio óptico de campo cercano. Un extremo de la proteína se liga a una superficie de oro que funciona como electrodo, y el otro extremo está en contacto con una punta de vidrio cubierta de oro. La punta funciona a la vez como contraelectrodo y como fuente de luz. Se mide una fotocorriente de ~10 pA en las uniones covalentes de la proteína aislada, dicha corriente es acorde con la transferencia de electrones interna del fotosistema I.

http://www.nature.com/nnano/journal/v7/n10/full/nnano.2012.165.html

AVOIDING CRACKS IN NANOPARTICLE FILMS

 

"Avoiding Cracks in Nanoparticle Films". J. H. Prosser, T. Brugarolas, S. Lee, A. J. Nolte, D. Lee. NANOLETTERS 12, 5287 (2012). DOI: 10.1021/nl302555k

A new method utilizing subsequent depositions of thin crack-free nanoparticle layers is demonstrated to avoid the formation of cracks within silica nanoparticle films. Using this method, films can be assembled with thicknesses exceeding the critical cracking values. Explanation of this observed phenomenon is hypothesized to mainly arise from chemical bond formation between neighboring silica nanoparticles. Application of this method for fabricating crack-free functional structures is demonstrated by producing crack-free Bragg reflectors that exhibit structural color.

Se muestra un nuevo método que utiliza depósitos subsecuentes de capas delgadas de nanopartículas libres de grietas para evitar la formación de grietas en películas de nanopartículas de dióxido de silicio. Utilizando este método se han podido ensamblar películas con con espesores que exceden los valores críticos de agrietamiento. Se piensa que la explicación de este fenómeno surge principalmente de la formación de enlaces químicos entre nanopartículas vecinas de dióxido de silicio. Se demuestra la aplicación de este método para la fabricación de estructuras funcionales libres de grietas, a través de la elaboración de reflectores de Bragg, libres de grietas, que muestran color estructural.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl302555k 

CAN NANOTUBES MAKE A LENS ARRAY?

"Can Nanotubes Make a Lens Array?". R. Rajasekharan, H. Butt, Q. Dai, T. D. Wilkinson, G. A. J. Amaratunga. ADVANCED MATERIALS 24, OP170 (2012). DOI: 10.1002/adma.201200296

Reflective binary Fresnel lenses fabricated so far all suffer from reflections from the opaque zones and hence degradation in focusing and lensing properties. Here a solution is found to this problem by developing a carbon nanotube Fresnel lens, where the darkest man-made material ever, i.e., low-density vertically aligned carbon nanotube arrays, are exploited. 

Los lentes binarios reflejantes tipo Fresnel que hasta ahora se han fabricado experimentan reflexiones de las zonas opacas y así existe degradación en las propiedades ópticas y de enfoque. Aquí se ha encontrado una solución a este problema mediante el desarrollo de lentes tipo Fresnel hechas de nanotubos de carbono, donde se aprovechan las propiedades del material más oscuro hecho por el hombre, es decir, de arreglos de baja densidad de nanotubos de carbono alineados verticalmente.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201200296/abstract 

NOVEL POSITIVE-CHARGED NANOPARTICLES FOR EFFICIENT MAGNETIC RESONANCE IMAGING OF ISLET TRANSPLANTATION

 

"Novel Positive-Charged Nanoparticles for Efficient Magnetic Resonance Imaging of Islet Transplantation". K. Oishi, H. Noguchi, H. Saito, H. Yukawa, Y. Miyamoto, K. Ono, K. Murase, M. Sawada, S. Hayashi. CELL MEDICINE 3, 43 (2012). DOI: 10.3727/215517912X639397

Significant graft loss immediately after islet transplantation occurs due to immunological and nonimmunological events. Magnetic resonance imaging (MRI) is an attractive potential tool for monitoring islet mass in vivo. Although an efficient uptake of MRI contrast agent is required for islet cell labeling, commercially available magnetic nanoparticles are not efficiently transduced into cells. In this study, we developed six kinds of novel magnetic iron oxide nanoparticles, which are electrically charged by cationic end-group substitution of dextran. Each of the nanoparticles consisted of a small monocrystalline, superparamagnetic iron oxide core that is stabilized by a cross-linked aminated dextran coating to improve stability. We also used three different commercially available nanoparticles for controls. The labeling efficiency of the novel nanoparticles was evaluated, and the feasibility of the imaging by MRI was assessed. The positive-charged nanoparticles were transduced into a β-cell line, MIN6 cells, but not three commercially available nanoparticles. MRI showed a marked decrease in signal intensity on T1- and T2-weighted images at the site of the labeled cells in vitro. These data suggest that novel positive-charged nanoparticles could be useful MRI contrast agents to monitor islet mass after transplantation. 

Suelen ocurrir pérdidas significantes de injertos inmediatamente después del transplante de islotes celulares debido a eventos inmunológicos y no inmunológicos. La imagenología por resonancia magnética (MRI) es una atractiva herramienta potencial para monitorear in vivo islotes de masa. A pesar de que se requiere una captación eficiente del agente de contraste MRI para etiquetar los islotes celulares, las nanopartículas magnéticas disponibles comercialmente no suelen trasladarse eficientemente a las células. En este estudio se desarrollaron ses tipos de nuevas nanopartículas magnéticas de óxido de hierro, las cuales están cargadas eléctricamente por grupos funcionales catiónicos en dextrano. Cada una de las nanopartículas están hechas de pequeños monocristales con núcleos de óxido de hierro superparamagnético que están estabilizados por un recubrimiento de dextrano aminado entrecruzado para mejorar la estabilidad. Como control, también se usaron tres distintos tipos de nanopartículas disponibles comercialmente. Se evaluó la eficiencia de etiquetado de las nanopartículas nuevas, así como la viabilidad de generar imágenes por MRI. Las nanopartículas cargadas positivamente fueron transportadas en una línea celular β, en células MIN6, pero no las tres nanopartículas disponibles comercialmente. La MRI mostró una marcada disminución en la intensidad de la señal en imágenes ponderadas T1 y T2 en el sitio de las células etiquetadas in vitro. Estos resultados sugieren que las nuevas nanopartículas cargadas positivamente pudieran ser agentes de contraste útiles para MRI, para monitorear la masa de los islotes después del transplante.

http://dx.doi.org/10.3727/215517912X639397 

DYNAMIC SWELLING OF TUNABLE FULL-COLOR BLOCK COPOLYMER PHOTONIC GELS VIA COUNTERION EXCHANGE

 

"Dynamic Swelling of Tunable Full-Color Block Copolymer Photonic Gels via Counterion Exchange". H. S. Lim, J. -H. Lee, J. J. Walish, E. L. Thomas. ACS NANO. In press. DOI: 10.1021/nn302949n

One-dimensionally periodic block copolymer photonic lamellar gels with full-color tunability as a result of a direct exchange of counteranions were fabricated via a two-step procedure comprising the self-assembly of a hydrophobic block–hydrophilic polyelectrolyte block copolymer, polystyrene-b-poly(2-vinyl pyridine) (PS-b-P2VP), followed by sequential quaternization of the P2VP layers in 1-bromoethane solution. Depending on the hydration characteristics of each counteranion, the selective swelling of the block copolymer lamellar structures leads to large tunability of the photonic stop band from blue to red wavelengths. More extensive quaternization of the P2VP block allows the photonic lamellar gels to swell more and red shift to longer wavelength. Here, we investigate the dynamic swelling behavior in the photonic gel films through time-resolved in situ measurement of UV–vis transmission. We model the swelling behavior using the transfer matrix method based on the experimentally observed reflectivity data with substitution of appropriate counterions. These tunable structural color materials may be attractive for numerous applications such as high-contrast displays without using a backlight, color filters, and optical mirrors for flexible lasing.

Se fabricaron geles fotónicos con color entonable hechos de copolímeros de bloque organizados periódicamente de forma lamelar unidimensional, a través de un procedimiento de dos pasos, que consisten en el autoensamblaje del copolímero de bloque polielectrolítico tipo hidrofóbico - hidrofílico en bloque, el poliestireno-b-poli(2-vinil piridino) (PS-b-P2VP), seguido de una cuaternización secuencial de las capas de P2VP en una solución de 1-bromoetano. Dependiendo de las características de hidratación de cada contraanión, la adsorción selectiva de las estructuras lamelares del copolímero de bloque provoca una fuerte sintonización de los límites de las bandas fotónicas, desde longitudes de onda en el color azul hasta longitudes de onda en el color rojo. Una mayor cuaternización de los bloques de P2VP permite a los geles fotónicos lamelares una mayor adsorción y un desplazamiento hacia longitudes de onda mayores, hacia el rojo. Aquí se investiga la dinámica del comportamiento de adsorción en películas de geles fotónicos a través de la medición in situ de la transmisión UV-vis en tiempo resuelto. Se modela el comportamiento de adsorción utilizando un método de matrices de transferencia, basado en los datos de reflectividad que se observan experimentalmente ante la substitución de los contraiones apropiados. Estos materiales que sintonizan su color estructuralmente pueden resultar atractivos para numerosas aplicaciones, tales como pantallas de alto contraste que no empleen luz de fondo, filtros de color y espejos ópticos para dispositivos flexibles de emisión láser.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn302949n 

(α-NaYbF4:Tm3+)/CaF2 CORE/SHELL NANOPARTICLES WITH EFFICIENT NEAR-INFRARED TO NEAR-INFRARED UPCONVERSION FOR HIGH-CONTRAST DEEP TISSUE BIOIMAGING

 "(α-NaYbF₄:Tm³⁺)/CaF₂ Core/Shell Nanoparticles with Efficient Near-Infrared to Near-Infrared Upconversion for High-Contrast Deep Tissue Bioimaging". G. Chen, J. Shen, T. Y. Ohulchanskyy, N. J. Patel, A. Kutikov, Z. Li, J. Song, R. K. Pandey, H. Agren, P. N. Prasad, G. Han. ACS NANO 6, 8280 (2012). DOI: 10.1021/nn302972r

We describe the development of novel and biocompatible core/shell (α-NaYbF₄:Tm³⁺)/CaF₂ nanoparticles that exhibit highly efficient NIR_in–NIR_out upconversion (UC) for high contrast and deep bioimaging. When excited at 980 nm, these nanoparticles emit photoluminescence (PL) peaked at 800 nm. The quantum yield of this UC PL under low power density excitation (0.3 W/cm²) is 0.6 ± 0.1%. This high UC PL efficiency is realized by suppressing surface quenching effects via heteroepitaxial growth of a biocompatible CaF₂ shell, which results in a 35-fold increase in the intensity of UC PL from the core. Small-animal whole-body UC PL imaging with exceptional contrast (signal-to-background ratio of 310) is shown using BALB/c mice intravenously injected with aqueously dispersed nanoparticles (700 pmol/kg). High-contrast UC PL imaging of deep tissues is also demonstrated, using a nanoparticle-loaded synthetic fibrous mesh wrapped around rat femoral bone and a cuvette with nanoparticle aqueous dispersion covered with a 3.2 cm thick animal tissue (pork).

Se describe el desarrollo de nuevas nanopartículas biocompatibles tipo núcleo/cáscara de (α-NaYbF₄:Tm³⁺)/CaF₂ que muestran upconversion (UC) NIR_in–NIR_out eficiente, para bioimagenología profunda de alto contraste. Estas partículas emiten luminiscencia (PL) centrada en ~800 nm cuando son excitadas en ~980 nm. La eficiencia cuántica de estas UC PL es de 0.6 ± 0.1% ante una excitación con baja densidad de potencia (~0.3 W/cm²). Esta alta eficiencia de las UC PL se logra al disminuir los efectos inhibidores de superficie via el crecimiento heteroepitaxial de una cáscara biocompatible de CaF₂, la cual incrementa 35 veces la intensidad del núcleo de las UC PL. Se muestra la imagenología, con un contraste excepcional (razón señal-ruido de 310), del cuerpo completo de un animal pequeño con UC PL, utilizando ratones BALB/c a los que se les inyectó intravenosamente nanopartículas dispersas en agua (700 pmo/kg). También se demuestra la imagenología UC PL de alto contraste, de tejidos profundos, utilizando una red de fibras sintéticas cargadas con nanopartículas, la cual se enrolla al fémur del ratón, y un recipiente con una dispersión acuosa de nanopartículas cubiertas con tejido animal (cerdo) de 3.2 cm de espesor.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn302972r 

TAILORING A 67 ATTOSECOND PULSE THROUGH ADVANTAGEOUS PHASE-MISMATCH

"Tailoring a 67 attosecond pulse through advantageous phase-mismatch". K. Zhao, Q. Zhang, M. Chini, Y. Wu, X. Wang, Z. Chang. OPTICS LETTERS 37, 3891 (2012).

A single isolated attosecond pulse of 67 as was composed from an extreme UV supercontinuum covering 55–130 eV generated by the double optical gating technique. Phase mismatch was used to exclude the single-atom cutoff of the spectrum that possesses unfavorable attochirp, allowing the positive attochirp of the remaining spectrum to be compensated by the negative dispersion of a zirconium foil. Two algorithms, PROOF and FROG-CRAB, were employed to retrieve the pulse from the experimental spectrogram, yielding nearly identical results.

Se generó, por medio de la técnica de doble compuerta óptica, un pulso aislado de 67 atosegundos, compuesto de luz UV extrema supercontinua que va de los 55 a los 130 eV. Se utilizó el desempatamiento de fase para excluir la limitación de átomo sencillo del espectro, el cual posee una atoseñal poco favorable, permitiendo así una atoseñal positiva del espectro restante que es compensada por la dispersión negativa de una lámina de zirconio. Se emplearon dos algoritmos, PROOF y FROG-CRAB, para detectar el pulso en el espectrograma experimental, con resultados prácticamente idénticos.

http://www.opticsinfobase.org/ol/abstract.cfm?URI=ol-37-18-3891 

THE NOBEL PRIZE IN PHYSICS 2012

The Nobel Prize in Physics 2012 was awarded to Serge Haroche, from the École Normale Supérieure (France), and to David J. Wineland, from the University of Colorado (USA), "for ground-breaking experimental methods that enable measuring and manipulation of individual quantum systems". 

As it is explained in the http://www.nobelprize.org website, Haroche and Wineland have opened the door to a new era of experimentation with quantum physics by demonstrating the direct observation of individual quantum systems without destroying them. Through their laboratory methods they have managed to measure and control very fragile quantum states, enabling to take the first steps towards building a new type of super fast computer, based on quantum physics. These methods have also led to the construction of extremely precise clocks that could become the future basis for a new standard of time.
For single particles of light or matter, the laws of classical physics cease to apply and quantum physics takes
over. But single particles are not easily isolated from their surrounding environment and they lose their mysterious quantum properties as soon as they interact with the outside world. Thus many seemingly bizarre phenomena predicted by quantum mechanics could not be directly observed, and researchers could only carry out ‘thought experiments’ that might in principle manifest these bizarre phenomena.

Both Laureates work in the field of quantum optics studying the fundamental interaction between light and matter, a field which has seen considerable progress since the mid-1980s. Their methods have many things in common. David Wineland traps ions, controlling and measuring them with photons. Serge Haroche takes the opposite approach: he controls and measures trapped photons, by sending atoms through a trap.

El Premio Nobel en Física 2012 ha sido otorgado a Serge Haroche, de la École Normale Supérieure (Francia), y a David J. Wineland, de la University of Colorado (EUA), "por sus métodos experimentales innovadores que permiten medir y manipular sistemas cuánticos individuales".
Como está explicado en el sitio web http://www.nobelprize.org, Haroche y Wineland han abierto la puerta a una nueva era de experimentación con física cuántica, al demostrar la observación directa de sistemas cuánticos individuales, sin que se destruyan. A través de sus métodos de laboratorio, ellos han logrado medir y controlar estados cuánticos sumamente frágiles, lo que permite dar los primeros pasos hacia la construcción de un nuevo tipo de computadora súper rápida basada en la física cuántica. Estos métodos también han permitido la elaboración de relojes extremadamente precisos, los cuales pudieran convertirse en un futuro en la base para un nuevo estándar de tiempo.
En el caso de las partículas aisladas de luz o de materia, son las leyes de la física cuántica las que gobiernan su comportamiento en vez de las leyes de la física clásica. Sin embargo, no es tarea fácil la de aislar a las partículas del ambiente que les rodea; tan pronto como las partículas interactúan con el mundo exterior, éstas pierden sus misteriosas propiedades cuánticas. Así que muchos de los fenómenos aparentemente bizarros que predice la mecánica cuántica no pueden ser observados directamente, y los investigadores tan sólo pueden llevar a cabo "experimentos pensados" en los que, en principio, se pueden manifestar tales fenómenos bizarros.
Ambos laureados trabajan en el área de la óptica cuántica, estudiando la interacción fundamental entre la luz y la materia, un área que ha tenido avances considerables desde mediados de los años 1980s. Sus métodos tienen mucho en común. David Wineland atrapa iones, controlándolos y midiéndolos con fotones. Serge Haroche lo hace de manera opuesta: él controla y mide fotones atrapados mediante el envío de átomos a través de una trampa.