TEMPLATE-MEDIATED SYNTHESIS AND BIO-FUNCTIONALIZATION OF FLEXIBLE LIGNIN-BASED NANOTUBES AND NANOWIRES

"Template-mediated synthesis and bio-functionalization of flexible lignin-based nanotubes and nanowires". H. M. Caicedo, L. A. Dempere, W. Vermerris. NANOTECHNOLOGY 23, 105605 (2012). 

DOI: 10.1088/0957-4484/23/10/105605

Limitations of cylindrical carbon nanotubes based on the buckminsterfullerene structure as delivery vehicles for therapeutic agents include their chemical inertness, sharp edges and toxicological concerns. As an alternative, we have developed lignin-based nanotubes synthesized in a sacrificial template of commercially available alumina membranes. Lignin is a complex phenolic plant cell wall polymer that is generated as a waste product from paper mills and biorefineries that process lignocellulosic biomass into fuels and chemicals. We covalently linked isolated lignin to the inner walls of activated alumina membranes and then added layers of dehydrogenation polymer onto this base layer via a peroxidase-catalyzed reaction. By using phenolic monomers displaying different reactivities, we were able to change the thickness of the polymer layer deposited within the pores, resulting in the synthesis of nanotubes with a wall thickness of approximately 15 nm or nanowires with a nominal diameter of 200 nm. These novel nanotubes are flexible and can be bio-functionalized easily and specifically, as shown by in vitro assays with biotin and Concanavalin A. Together with their intrinsic optical properties, which can also be varied as a function of their chemical composition, these lignin-based nanotubes are expected to enable a variety of new applications including as delivery systems that can be easily localized and imaged after uptake by living cells.

Algunas de las limitaciones de los nanotubos de carbono cilíndricos, basados en estructuras buckminsterfulerenos, como vehículos para el envío de agentes terapéuticos radican en cuestiones de qué tan inertes químicamente son, qué tan agudas son sus aristas y qué tan tóxicos resultan. Como alternativa, se han desarrollado nanotubos hechos de lignina, sintetizados en un molde exploratorio de membranas de alúmina, disponible comercialmente. La lignina es un complejo polímero fenólico de las paredes celulares de las plantas, que se genera como desperdicio en los molinos de papel y en biorefinerías que procesan biomasa de lignocelulosa para obtener combustible y químicos. La lignina aislada se enlazó covalentemente a las paredes interiores de las membranas de alúmina activada y entonces se agregaron capas de polímero dehidrogenado sobre esta capa de base a través de una reacción catalizada con peroxidasa. Usando monómeros fenólicos que muestran diversas reactividades, se pudo modificar el espesor de la capa de polímero que se depositó en los poros, lo que resulta en la síntesis de nanotubos con una pare de espesor cercano a los 15 nm, o en la síntesis de nanoalambres con un diámetro nominal de 200 nm. Estos nanotubos novedosos son flexibles y pueden ser fácilmente biofuncionalizados y específicamente con biotina y Concanavalina, como se muestra en ensayos in vitro. Aúnado a sus propiedades ópticas intrínsecas, las cuales también pueden ser modificadas como función de su composición química, se espera que estos nanotubos hechos de lignina permitan una variedad de nuevas aplicaciones, incluídas las de sistemas de envío que pueden ser fácilmente localizados y visualizados después de que son atrapados por células vivas.

http://iopscience.iop.org/0957-4484/23/10/105605/

INFRARED-REFLECTIVE COATING SYSTEM AND POLYMER FILM

This video highlights that some pigments and some plastics (made by BASF) can be incorporated in paints or in cars windshields, in order to be used as infrared radiation reflective elements, diminishing the heating up of the cars in a sunny day. The sol-gel processes are one possible way to efficiently incorporate pigments in coatings, because through the sol-gel processes it is possible to make thin films from a liquid phase at room temperature. Furthermore, through the sol-gel processes it is possible to make hybrid organic-inorganic materials, for example, it is possible to make one material for infrared radiation reflection with the best of the plastics and of the glasses properties. This post is a continuation of  this one posted previously: http://solgelnanophotonics.blogspot.mx/2012/03/transparent-light-sources-illuminate.html

Video en el que se destaca que algunos pigmentos y algunos plásticos (producidos por BASF) pueden incorporarse en pinturas o en los parabrisas de los coches, con la intención de usarlos como elementos reflectores de radiación infrarroja, disminuyendo el calentamiento de los coches en un día soleado. Una de las posibles maneras de incorporar eficientemente moléculas orgánicas en recubrimientos es a partir de los procesos sol-gel, pues permiten la fabricación de películas delgadas a temperatura ambiente a partir de una fase líquida. Es más, a través de los procesos sol-gel es posible elaborar materiales híbridos orgánico-inorgánicos, por ejemplo, es posible elaborar un material para la reflexión de radiación infrarroja que posea lo mejor de las propiedades de los plásticos y de los vidrios. Esta entrada es una continuación de ésta otra publicada anteriormente: http://solgelnanophotonics.blogspot.mx/2012/03/transparent-light-sources-illuminate.html

Translation to Spanish:

Hombre: Ahora enciende la luz a un lado...¡ésto está muy brillante!...¡incluso la mesa se está calentando!...Ésto me recuerda a mi coche: en verano, cuando lo estaciono, su interior se vuelve muy caliente, tanto que es difícil mantenerse dentro de él.
Mujer: Sí, en un futuro el control adecuado de la temperatura jugará un papel muy importante; y el aire acondicionado gasta mucha energía, lo que va en detrimento del desempeño de un coche eléctrico. El efecto de calentamiento que mencionas lo ocasiona principalmente la radiación solar infrarroja.
Hombre: ¡Por supuesto! El sol calienta al coche, y ¿me estás diciendo que el coche Smart Forvision también tiene una solución a esto?
Mujer: ¡Seguro que sí! Hemos desarrollado dos tecnologías que ayudan a mantener al calor fuera del coche. Primero, los científicos de BASF han desarrollado pigmentos para la pintura del coche, los cuales reflejan los rayos solares infrarrojos; los llamamos "pigmentos frescos". La superficie del Smart Forvision no se calienta tanto como la superficie de otros coches.
Hombre: ¡Ahahaha! Pero el Smart Forvision es blanco. ¿Qué hay acerca de los colores obscuros: azul, negro? Considera por ejemplo al color negro, es un color muy popular en el diseño de coches.
Mujer: Los "colores frescos" realmente funcionan como magia cuando se mezclan con los colores obscuros.
Dr. Rainer Henning: Estamos desarrollando un conceptos de pigmentos para colores azules y para colores obscuros destinados a la industria automotriz, los cuales lleven a tan sólo un pequeño calentamiento del cuerpo del coche. Lo que aquí pueden observar es un ejemplo de muestras de colores obscuros, una está hecha con el pigmento negro convencional, la otra está hecha con el pigmento negro de BASF, y si se exponen ambos páneles a la luz del sol se detectan diferencias en temperatura de entre 15 y 17 grados centígrados.
Hombre: Estos "colores frescos" parecen ser un buen concepto, pero tú mencionaste una segunda tecnología...
Mujer: Así es, la segunda superficie más grande en un coche es debida a sus ventanas. Las ventantas también permiten la transmisión de mucho calor hacia el interior, y ahora es que podemos hacer algo al respecto. El vidrio de los coches está  hecho de de dos capas de vidrio selladas una con la otra. Los científicos de BASF han sido capaces de resolver el problema al colocar una capa delgada de película plástica reflectora de luz infrarroja entre las dos capas de vidrio.
Miwa Sashida: Nuestro equipo está desarrollando esta película no metálica reflectora de luz infrarroja para el control del calentamiento, especialmente para los parabrisas de los coches. De hecho, pueden encontran este tipo de películas en tiendas automotrices, pero las que actualmente se comercializan están basadas exclusivamente en películas metalizadas. Pero nuestras películas son orgánicas, completamente transparentes, así que se puede tener una visión muy clara a través de ellas; ésta es la gran diferencia entre los productos actualmente comercializados y los nuestros, lo que evita restringir la libertad en el diseño de coches.
Mujer: Las películas plásticas sólo dejan pasar las "cosas buenas": señales de gps, radio, teléfono y luz, ¡sólo el calor se queda afuera!
Hombre: ¡Wow! Suena a que puedo estacionarme bajo el sol cuando yo quiera.

EXPERIMENTAL OBSERVATION OF ELECTRON-HOLE RECOLLISIONS

"Experimental observation of electron-hole recollisions". B. Zaks, R. B. Liu, M. S. Sherwin. NATURE 483, 580 (2012), DOI: 10.1038/nature10864

 An intense laser field can remove an electron from an atom or molecule and pull the electron into a large-amplitude oscillation in which it repeatedly collides with the charged core it left behind. Such recollisions result in the emission of very energetic photons by means of high-order-harmonic generation, which has been observed in atomic and molecular gases as well as in a bulk crystal. An exciton is an atom-like excitation of a solid in which an electron that is excited from the valence band is bound by the Coulomb interaction to the hole it left behind. It has been predicted that recollisions between electrons and holes in excitons will result in a new phenomenon: high-order-sideband generation. In this process, excitons are created by a weak near-infrared laser of frequency f_NIR. An intense laser field at a much lower frequency, f_THz, then removes the electron from the exciton and causes it to recollide with the resulting hole. New emission is predicted to occur as sidebands of frequency f_NIR + 2nf_THz, where n is an integer that can be much greater than one. Here we report the observation of high-order-sideband generation in semiconductor quantum wells. Sidebands are observed up to eighteenth order (+18f_THz, or n = 9). The intensity of the high-order sidebands decays only weakly with increasing sideband order, confirming the non-perturbative nature of the effect. Sidebands are strongest for linearly polarized terahertz radiation and vanish when the terahertz radiation is circularly polarized. Beyond their fundamental scientific significance, our results suggest a new mechanism for the ultrafast modulation of light, which has potential applications in terabit-rate optical communications.

Un campo láser intenso puede remover un electrón de un átomo o de una molécula y llevar al electrón a una oscilación de gran amplitud en la cual colisiona repetidamente con el núcleo cargado que dejó detrás. Tales "recolisiones" dan lugar a la emisión de fotones muy energéticos, por medio de la generación de armónicos de alto orden, los cuales han sido observados en gases atómicos y moleculares, así como en cristales en bulto. Un excitón es la excitación de un sólido semejante a la de un átomo, en la cual un electrón que es excitado de su banda de valencia se enlaza, mediante una interacción Coulombiana, al hueco que ha dejado detrás. Se ha predicho que las "recolisiones" entre electrones y huecos en excitones dan lugar a un nuevo fenómeno: la generación de armónicos altos contiguos. En este proceso, los excitones son creados por un láser débil en el infrarrojo cercano de frecuencia  f_NIR.Un campo láser intenso, a una frecuencia mucho menor f_THz, remueve al electrón del excitón y provoca que "recolisione" con el hueco resultante. Se predice una nueva emisión en bandas contiguas de frecuencia f_NIR + 2nf_THz, donde n es un entero que puede ser mucho mayor que uno. Aquí se reporta la observación de la generación de órdenes altos contiguos en pozos de potencial cuánticos hechos de semiconductores. Las bandas contiguas se observan hasta el orden dieciocho (+18f_THz, or n = 9). La intensidad de las bandas contiguas de alto orden decae débilmente cuando se incrementa el orden de la banda contigua, lo que confirma la naturaleza no perturbativa del efecto. Las bandas contiguas son más intensas para la radiación en terahertz linealmente polarizada, y desaparecen cuando la radiación en terahertz está polarizada circularmente. Más allá del significado científico fundamental, estos resultados sugieren un nuevo mecanismo para la modulación ultrarrápida de la luz, la cual tiene aplicaciones potenciales en las comunicaciones ópticas del orden de terabits. 

http://www.nature.com/nature/journal/v483/n7391/full/nature10864.html 

COOLING BY HEATING: REFRIGERATION POWERED BY PHOTONS

"Cooling by Heating: Refrigeration Powered by Photons". B. Cleuren, B. Rutten, C. Van den Broeck. PHYSICAL REVIEW LETTERS 108, 120603 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.120603

 We propose a new mechanism for refrigeration powered by photons. We identify the strong coupling regime for which maximum efficiency is achieved. In this case, the cooling flux is proportional to T in the low temperature limit T→0.

Se propone un mecanismo nuevo para la refrigeración propiciada por fotones. Se identificó el régimen de acoplamiento fuerte para el cual se alcanza la máxima eficiencia. En este caso, el flujo de enfriamiento es proporcional a la temperatura T en el límite de bajas temperaturas T→0.

http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.108.120603

TRANSPARENT LIGHT SOURCES ILLUMINATE CAR INTERIORS

  This video highlights that some dyes (made by BASF) can be incorporated in the roof glass of an electric car, in order to be used as new transparent lighting sources. The sol-gel processes are one possible way to efficiently incorporate light emitting organic molecules in glasses, because through the sol-gel processes it is possible to make thin glass films from a liquid phase at room temperature. This post is a continuation of  this one posted previously:  http://solgelnanophotonics.blogspot.mx/2012/03/transparent-organic-solar-cells.html

Video en el que se destaca que algunos pigmentos (producidos por BASF) pueden incorporarse en el vidrio del techo de un coche eléctrico, para usarse como nuevas fuentes de luz transparentes. Una de las posibles maneras de incorporar eficientemente moléculas orgánicas en vidrio es a partir de los procesos sol-gel, pues permiten la fabricación de películas delgadas de vidrio a temperatura ambiente a partir de una fase líquida. Esta entrada es una continuación de ésta otra publicada anteriormente: http://solgelnanophotonics.blogspot.mx/2012/03/transparent-organic-solar-cells.html

Translation to Spanish:

Hombre: ¡Un hexágono que emite luz! ¿Es una nueva fuente de luz?
Mujer: Sí, se trata de otra primicia mundial para el coche Smart Forvision. Son los primeros OLED transparentes en un coche. Los OLED son Diodos Emisores de Luz Orgánicos, y pueden convertir muchas superficies en nuevas fuentes de luz, cuando están apagados es posible mirar a través de ellos.
Hombre: ¡Lo veo! ¡Espera! Durante el día la luz entra en el coche a través de los módulos, y cuando está oscuro se pueden encender e iluminar el interior. ¿Los módulos OLED están debajo de las celdas solares del Smart Forvision?
Mujer: Sí, así es. Hemos desarrollado una construcción tipo sandwich: por encima están los páneles solares transparentes, y por debajo están los OLED transparentes.
Hombre: ¡Wow! Pero un OLED necesita electricidad, y hay muchos de ellos en el techo. Esa energía viene a expensas del rendimiento del coche, ¿no es así?
Mujer: Es por eso que los científicos de BASF, especializados en la tecnología OLED, están trabajando en nuevos pigmentos que transformen electricidad en luz más eficientemente.
Dr. Felix Görth: En lo que nos concentramos aquí en BASF es principalmente en capas emisoras de luz, y específicamente en capas emisoras de luz azul, que físicamente son materiales fosforescentes. Esta es la clave para realmente hacer funcionar esta tecnología. Además nos interesa entender como hacer tan energéticamente eficientes como queramos a los emisores de luz prometidos. Es absolutamente esencial sensibilizar a la humanidad, por que todos sabemos que debe terminar el desperdicio excesivo de energía y debemos ser más eficientes, y aquí tenemos una de las potenciales respuestas clave a esto, estamos en una posición en la que realmente podemos hacer una diferencia y contribuir a la sociedad y aportar una respuesta a una pregunta clave.
Hombre: El uso de superficies iluminadoras en lugar de fuentes de luz individuales abren todo un mundo de posibilidades al diseño: un trozo de vidrio que puede modificar el espacio. ¡Esto es progreso!