10 hitos de la Física en 2016 / 10 findings in Physics in 2016

2016 ha sido un año prolífero para la Física, facilitando en gran medida nuestro conocimiento de la realidad. Aquí los 10 hallazgos principales de este año pasado:

1) Confirmación de la existencia de las ondas gravitacionales

     

En el mes de febrero, el observatorio estadounidense LIGO confirmó la existencia de las ondas gravitacionales, propuestas hace casi un siglo por Einstein, tras estudiar la fusión de dos agujeros negros a millones de años luz de la Tierra. De nuevo en junio otra detección de este mismo tipo de ondas fue confirmada por el mismo observatorio.

2) Nueva hipótesis sobre "el gato de Schrödinger"

Científicos de la Universidad de Yale propusieron que el gato mencionado por Erwin Schrödinger, el cual puede estar vivo o muerto dentro de una caja, no solo está en una caja. Fuera de este "cuento", lo que estos investigadores proponen es que no solo es imposible determinar la velocidad y posición  exacta de ciertas partículas subatómicas, sino que también son capaces de estar en dos lugares distintos a la vez, gracias a un fenómeno conocido como teleportación, lo cual puede ser la base para la transmisión de información de manera inmediata y sin interferencias entre dos puntos alejados, siendo también un concepto bastante importante en la Computación Cuántica, en la que se basarán los ordenadores del futuro.

3) El reloj más preciso del mundo (hasta la fecha)

Investigadores alemanes proponen un método directo de estudio del decaimiento del Torio-229, el cual daría lugar a un reloj nuclear mucho más preciso que el atómico, con posibles aplicaciones en las Telecomunicaciones o la Computación Cuántica.

4) El gravímetro más sensible (hasta la fecha)

Científicos de la Universidad de Glasgow, Escocia, RU, han ideado un gravímetro (aparato encargado de medir la intensidad del campo gravitatorio terrestre) bastante sensible, pequeño y sensible, con aplicación en la Aviación o la Minería.

5) Metamateriales

Alrededor de todo el mundo, distintos científicos han desarrollado nuevos materiales con sorprendentes propiedades, donde cabe destacar la capacidad del grafeno de comportarse como una lente perfecta, con distintas aplicaciones en la Óptica o la Electrónica.

6) Proxima B

Científicos de la Universidad Queen-Mary de Londres, Inglaterra, RU, han descubierto el planeta potencialmente habitable más cercano a la Tierra, Proxima B, orbitando alrededor de Proxima centauri a tan solo 4 años luz de la Tierra. El viaje a este planeta podría ser posible en un futuro gracias a la tecnología de las velas fotónicas, siendo el primer viaje interestelar de la historia de la humanidad.

7) Iones en los ordenadores cuánticos

Dos equipos de investigadores, de manera independiente, han conseguido el entrelazamiento cuántico entre iones, lo cual es un importante paso para que los ordenadores cuánticos se hagan realidad.

8) Nuevas generaciones de microscopios

Investigadores de la Universidad de Stratchclyde, Escocia, RU, han desarrollado lo que será la base de muchos microscopios en el futuro, la mesolens, una lente capaz de tomar imágenes enteras de muestras microscópicas sin perder detalle alguno. Varios embriones de ratón han sido ya estudiados bajo esta lente.

9) Primera simulación a ordenador de la Física de Partículas

Físicos de la Universidad de Innsbruck, Austria, han conseguido llevar a cabo la primera simulación de un choque entre distintas partículas subatómicas, una tarea bastante ardua para los ordenadores actuales, la cual se puede facilitar con el avance proporcionado por la Computación Cuántica.

10) Motor de un átomo

Científicos de la Universidad de Maguncia, Alemania, han desarrollado un motor basado en el comportamiento de un solo átomo, capaz de transformar la diferencia de temperatura en energía mecánica, como cualquier otro motor, en donde se encuentra un átomo de calcio atrapado en un embudo. Este hallazgo puede ser el que por fin conecte la Física de Partículas con la Termodinámica.

2016 has been a very productive year for Physics, making a lot easier for us the knowledge of our environment. Here are the main 10 discoveries from last year:

1) Confirmation of the existance of gravitational waves

In February, the American observatory LIGO confirmed the existance of gravitational waves, proposed almost a century ago by Einstein, after studying the fusion of two black holes millions of light years away from Earth. In June it was confirmed the detection of new gravitational waves, again.

2) New hypothesis about Schrödinger´s cat

Scientists from Yale University, USA, proposed a new version of the "tale" of Schrödinger´s cat. In the original tale, Erwin Schrödinger proposes there is a box with a cat inside, who can be dead or alive. The solution is that the cat is alive and dead at the same time and we cannot know whether he is precisely dead or alive, which in the real world means that there are subatomic particles whose position and velocity cannot be computed with much precision. Now, these scientists propose that the cat continues being alive and dead at the same time, but the cat is also in two boxes at the same time. This could mean that some particles are able to change instantaneously their position in a process called "teleportation", what can be key for the future of Telecommunications and Quantum Computation.

3) World´s most precise clock (until now)

German reaserchers propose to build a quantum clock based on the decay of Thorium-229, which would give rise to a much more precise clock than the atomic one, with possible applications in Telecommunications or Quantum Computation.

4) World´s most sensitive gravimeter (until now)

Scottish scientists from Glasgow University have built a very sensitive, non-expensive and light gravimeter, a device specialized in measuring the intensity of gravitational fields, with applications in Aviation or Mining.

5) Metamaterials

In different countries, different scientists have developed new materials with new properties, where we can highlight graphene behaving as a perfect lens, with future applications in Optics or Electronics.

6) Proxima B

Astrophysicists from Queen-Mary University in London, England, UK, have discovered the closest potentially-livable planet to Earth, Proxima B, orbiting Proxima Centauri at 4 light years of distance. The voyage to this planet could be performed in some decades with the technology of photonic sails, being the first interstelar voyage in the history of mankind

7) Quantum computers based on ions

Two independent teams of researchers have achieved the quantum crosslinking between ions, what is a very important step in order that quantum computers become true.

8) New generations of microscopes

Scientists from the University of Stratchclyde, Scotland, UK, have developed a very precise lens for microscopes, called mesolens, which is able to take images of whole samples without losing any biological detail. Some mouse embryos have already been studied with this technique.

9) First computer simulation in Particle Physics

Physicists from Innsbruck University, Austria, have been able to perform the first computer simulation on Particle Physics. No simulations have been made until now, because it is quite a difficult work for current computers, what can be made much easier with Quantum Computation.

10) Single atom engine

Researchers from Maguncia University, Germany, have developed an engine which transforms a difference of temperature in mechanical work (as any engine), but which is based in the behavior of just one calcium atom trapped in a funnel. This finding can be the one that finally links Particle Physics with Thermodynamics.

Para más información / For more information: http://www.abc.es/ciencia/abci-diez-hallazgos-fisica-mas-impactantes-2016-201612131143_noticia.html

Sondas microscópicas para tratar enfermedades del estómago / Microscopic probes for treating stomach diseases

Investigadores de la Universidad de California, EEUU, proponen un nuevo método para tratar ciertas dolencias de estómago, sondas microscópicas que liberen el medicamento una vez que estén en la cavidad estomacal.

De acuerdo con la propuesta, la sonda, también denominada "microsubmarino", sería impulsada por micromotores que utilizarían protones como combustible, sin llegar a dejar residuos tóxicos en el cuerpo, estando recubierta por un polímero biocompatible sensible a los cambios de pH. El núcleo de la sonda está formado por magnesio y una pequeña capa de oro, de forma que casi todo el núcleo queda rodeado por un soporte de vidrio, salvo una parte, donde se produce una reacción electroquímica del magnesio con los ácidos estomacales donde se libera hidrógeno en forma de protones que ayudan a impulsar a la nave.

Cabe destacar que el estómago es un medio totalmente ácido, remarcando el ácido clorhídrico (HCl), como compuesto principal de los ácidos gástricos, por lo tanto, los valores de pH son bastante bajos, entre 2 y 3. Por esta razón, muchos medicamentos no pueden ser administrados por vía oral, debido a que son muy sensibles al ácido estomacal, con lo que no llegan a ser absorbidos en el intestino delgado, donde ya pasarían al torrente sanguíneo y empezarían a surtir efecto. Las alternativas a la vía oral son las inyecciones venosas o intramusculares, donde si la administración del medicamento es puntual no hay ningún problema, pero si la administración es crónica puede llegar a ser un verdadero fastidio (imagínese el tener que pincharse varias veces al día todos los días de su vida; en ciertas enfermedades donde se requiere una absorción inmediata del medicamento, como en algunos tipos de diabetes, no hay otra alternativa, pero en muchos otros casos ahora puede haberla).

Actualmente, ya existen medicamentos recubiertos de determinadas sustancias resistentes al pH, pero si estos medicamentos tienen que actuar en el estómago, estamos ante un problema: si diseñamos un medicamento resistente al pH, este no actuará en el estómago, pero si no lo hacemos resistente al pH, seguramente los ácidos lo terminen destruyendo y haciéndolo ineficaz. Hay una alternativa: diseñar fármacos que bloqueen la acción de los ácidos, lo malo de esto es que si el tratamiento es prolongado, la homeóstasis (el equilibrio interno del cuerpo), puede verse severamente afectada, apareciendo numerosos efectos secundarios: diarrea, vómitos, náuseas, dolor de cabeza...

Con las microsondas, el pH se modifica solo de manera temporal, en tan solo un día, con lo que muchos de los efectos secundarios citados anteriormente son evitados. El fármaco rápidamente es liberado en la mucosa gástrica una vez que el pH ha aumentado y antes de que vuelva a reducirse.

Researchers from the University of California, USA, have proposed a new method to treat some of the multiple diseases which happen in the stomach, microscopic probes able to release drugs once they are in the stomach cavity.

According to this proposal, the probe, also called "microsubmarine", would be propelled by micromotors which would use protons as fuel, without leaving toxic wastes in the body., being lined by a biocompatible polymer sensitive to pH changes. The nucleus of the probe is made of magnesium and a thin layer of gold, so almost all the nucleus is covered by glass except for a small part where an electrochemical reaction takes place between the magnesium and the acids, producing hydrogen in the form of protons which helps to propel the probe.

It must be highlighted that the stomach is a totally acid medium, containing a high quantity of hydrochloric acid (HCl) among the gastric acids, with pH values around 2 and 3. For this reason, many drugs cannot be administered orally, as they are very sensitive to gastric acids, so they do not get to be absorbed in the small intestine, where they are supposed to go to the bloodstream and deliver their effects. Some alternatives are venous or intramuscular injections, where if the administration of the drug is punctual, there is no problem, but if the administration is chronic, it can be bothering (imagine to puncture himself or herself several times a day everyday; in some diseases where a fast absorption of the drug is needed, as happens in some types of diabetes, there is no other way, but now in some other cases, this can be skipped).

Nowadays, there are drugs covered by compunds resistant to pH, but if these drugs have to be delivered in the stomach, there is a problem: if we cover them with these substances, they will not be absorbed in the stomach and if we do not cover them, they will probably be destroyed by the acids. The alternative applied now is clear, together with the drug, inhibitors of these acids are also administered. If the treatment is lengthy, homeostasis (body internal equilibrium) can be severely affected, producing many side effects: headache, dizzyness, vomiting, diarrhea...

With the microprobes, the pH is modified temporarily, just a day, so many of the effects previously cited are avoided. The drug is rapidly delivered in the gastric mucous membranes once the pH has increased and before it decreases again.

Para más información / For more information: http://www.abc.es/ciencia/abci-minisubmarinos-navegando-estomago-201701232035_noticia.html

Impresión de piel humana / Human skin printing

Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), junto con científicos del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), del Hospital Gregorio Marañón y de la empresa BioDan, todos en España, han conseguido desarrollar una impresora 3D capaz de generar piel humana, totalmente idéntica a la que tenemos. Se espera que en unos meses dicha impresora salga al mercado, dependiendo del tiempo que tarde en ser aprobada por distintas regulaciones europeas.

Hace ya años, el mismo equipo de investigadores, liderados por el español José Luis Jorcano, consiguió desarrollar un sistema para generar piel humana in vitro a partir de biopsias, en espacio de unas tres semanas. Este procedimiento es totalmente manual, y por lo tanto, bastante difícil y costoso. La revolución de las impresoras 3D puede disminuir el tiempo de producción, aunque tampoco en una gran medida, ya que todavía se necesita que las células de la piel, queratinocitos y fibroblastos, entre otras, se desarrollen hasta alcanzar su estado adulto. 

La bioimpresora construye la piel capa a capa de manera automática, desde la más superficial (epidermis) a la más profunda (dermis). Para ello, se sirve de un compuesto patentado por el propio CIEMAT: la biotinta (bioink), que en vez de contener color o polímeros, como en otras impresoras 3D, contiene células de la piel, proteínas y scaffolds (andamiajes), con los que la piel impresa va obteniendo su estructura natural. Además de las biotintas, la impresora obviamente es controlada por un ordenador e imprime en un módulo conocido como módulo de impresión. Posteriormente, la piel impresa es incubada durante un tiempo a 37ºC, la típica temperatura corporal.

Entre las aplicaciones de la bioimpresora podemos encontrar el transplante de piel para pacientes quemados o con otras afecciones cutáneas, la creación de bancos de piel humana o la realización de distintas pruebas de productos cosméticos sin llegar a testarlos en animales, lo cual está bastante restringido legalmente. La piel utilizada puede ser de origen autólogo, en otras palabras, del propio paciente, en caso de que necesite un transplante de piel y así evitar el rechazo inmunológico, o alogénico, siendo donada por alguien ajeno al tratamiento.

El futuro de las investigaciones se centra en la impresión de tejidos más complejos, como vasos sanguíneos, corazones o estructuras cutáneas más complejas. También se contemplan como objetivos la automatización y el abaratamiento del proceso y una reducción del tiempo de producción.

Researchers from the University Carlos III of Madrid (UC3M), together with scientists from the Centre for Energetic, Environmental and Technological Research (according to the initials in Spanish, CIEMAT), Gregorio Marañón Hospital and the company BioDan, all from Spain, have developed a 3D printer able to generate human skin, totally identical to the one we have. It is thought than ina few months' time the printer is launched to the market after it has been approved by certain European regulations.

Some years ago, the same team, leadered by the Spanish scientist José Luis Jorcano, developed a system to generate human skin in vitro, starting from an initial biopsy, in a three weeks' time. This procedure is totally manual, and therefore, difficult and expensive. The revolution of 3D printers can reduce this time, but not in a significant way, since the cells are neeeded to grow, multiply and become adult cells.

The bioprinter builds the skin layer by layer automatically, from the outermost (epidermis) to the innermost (dermis). It uses a compound patented by CIEMAT: bioink, an ink which instead of containing color or polymers, as other 3D printers, contains cells and proteins from the skin and scoffolds with which the skin gets its natural structure. Appart from bioink, the printer is obviously controlled by a computer and contains a module where the skin is printed. Afterwards, the skin is incubated at 37ºC, the typical body temperature.

Among its applications, we can find the skin transplant for people with severe burnts or other skin disorders, the development of human skin banks or the performance of different tests of cosmetical products, without testing them on animals, what is very restricted. The skin can be autologous, in other words, obtained from the patient in case he or she needs a transplant, avoiding immune rejection, or alogenic, being donated by someone which is not taking part in the treatment.

The future of this research focuses in the princting of more complex structures, such as blood vessels, hearts or more complex skin structures. Other aims are the total automation of the process, the decrease of the costs and the decrease of the production time.

Para más información / For more information: http://www.rtve.es/noticias/20170123/cientificos-espanoles-disenan-bioimpresora-piel-humana/1477720.shtml

https://i2.wp.com/hipertextual.com/files/2017/01/Bioimpresora_uc3m_10.jpg?resize=600%2C370&ssl=1

El vídeo está en español / The video is in Spanish

https://www.youtube.com/watch?v=cSdWx1JUAtE