miércoles, 25 de noviembre de 2009

Materiales del Futuro

La Tecnología ha avanzado durante todos estos años dentro de un marco de innovaciones, se han desarrollado de tal forma que moderniza la industria de construcción, encontrando materiales mas resistentes, mas ecológicos y mas seguros. Esto proporciona que cambiemos la forma de construir permitiéndonos mayor
capacidad de crear edificios y casas mas sofisticadas en un rango inverosímil.


-Hormigón Armado
Si bien este material ya se ha descubierto hace algunos años continúa siendo un material muy usado en el mundo de la construcción, sobre todo por ser tan económico a comparación con otros materiales.Es mucho más económico que los modelos elaborados a partir de fibra de vidrio y más aún que los compuestos con fibra de carbono. Los compuestos “armados” con carbono pueden ser hasta diez veces más caros que los confeccionados con vidrio. 

 









El hormigón con fibras suele utilizarse para masas más pequeñas, normalmente sirve para hacer cajones, también se utiliza en las cubiertas, pero hoy en día la innovación nos lleva a una evolución del material creando otro compuesto de reciente invención, el Ductal, de la cementera francesa Lafarge.



-Ductal
Consiste en Hormigón armado, que es  hoy en día es una alternativa muy sustentable en la construcción ; consiste en una estructura  formada : de hormigón (cemento portland, arena y pedregullo o canto rodado) y de una armadura metálica, que consta de hierros redondos, la que se coloca donde la estructura - debido a la carga que soporta - está expuesta a esfuerzos de tracción. En cambio, se deja el hormigón solo, sin armadura metálica, donde este sufre esfuerzos de compresión.









Tal disposición de los dos materiales (hormigón y hierro) está basado en el hecho de que el hormigón resiste de por sí muy bien a la compresión (hasta 50 Kg. por cm², siendo que el hierro presenta una gran resistencia a la tracción, de I000 a 1200 Kg. por cm: y más).




Un hormigón armado con fibras metálicas resistentes a todo tipo de agresiones de origen externo, como la abrasión, la polución, los rasguños. Por si fuera poco, el Ductal, según sus inventores de Lafarge, tiene una resistencia entre seis a ocho veces superior a la del hormigón convencional. Pero lo que resaltan en la compañía francesa, sobre todas las propiedades del nuevo hormigón, es su extremada ductilidad, su flexibilidad. Su comportamiento dúctil permite ser utilizado para crear formas increíbles, construir columnas delgadas y a la vez muy resistentes.







-Fibra de Vidrio








El uso de la fibra de vidrio para reforzar el hormigón se practica mucho en la construcción de puentes y edificios cercados por el mar o muy en contacto con un medio ambiente húmedo. Y a hacer puentes y edificaciones rodeadas de agua se dedica precisamente la empresa canadiense Pultrall. Presenta, un “material revolucionario” para la construcción de puentes y edificios en medios acuáticos, muy expuestos a la corrosión producida por el continuo contacto con el agua de pilares y columnas. Se llama barra de refuerzo V-ROD y está compuesta por fibra de vidrio.











La fibra de vidrio es extremadamente resistente a la corrosión, al igual que la fibra de carbono, aunque ésta es mucho más cara por su especial proceso de fabricación. La fibra de vidrio, además, es dos veces más resistente que el acero por el mismo diámetro de material. Esto significa que para muchas construcciones existe la posibilidad de reducir el volumen de las columnas al no tener que introducir tanta armadura en el hormigón.


















El inconveniente de la fibra de vidrio es su precio, aunque si se analiza el coste de mantenimiento de la estructura, a largo plazo, el empleo del vidrio puede salir más económico que el del hormigón convencional. Esta fibra no necesita casi mantenimiento y dura muchos más años que el hormigón armado, que no sobrepasa las siete décadas.






La fibra de vidrio no tiene conductividad eléctrica, lo que la hace especialmente interesante para la construcción de hospitales o centros sanitarios. En los hospitales se utilizan equipos especialmente sensibles a la electricidad, por lo tanto proporcionaría una alta seguridad a las personas que estén dentro del hospital.




-Fibra de Carbono

 Uno de los materiales que también revoluciona es la fibra de carbono, qun material altamente efectivo  en el sector de la aeronáutica, tanto así su uso se ha convertido en los últimos años en obligatorio, en términos tecnológicos y económicos. La fibra de carbono es un compuesto esencial en la fabricación de los dos últimos aviones de las principales compañías aeronáuticas del mundo: el A-380, de la europea Airbus, y el 787, de la estadounidense Boeing.

El uso de materiales compuestos en los aeroplanos se remonta a los años setenta. En esa década, Boeing comenzó a emplear la fibra de carbono en su modelo 747. Tan sólo se trataba del 1% de los materiales utilizados, siendo la gran mayoría aluminio, acero y titanio. Con los modelos 757 y 767, el porcentaje aumentó hasta el 3%. Con el 787, dicha proporción representará el 50% de la estructura del avión.




La elección del carbono como elemento dominante en los futuros aparatos de Boeing y Airbus tiene que ver con varios factores. En primer lugar, los materiales compuestos son más ligeros, los aparatos pesan menos y necesitan una menor cantidad de combustible; además, al tener menos masa, el aeroplano paga menos tarifas aeroportuarias, ya que éstas se basan en el peso de los aviones. La ductilidad del carbono, por lo demás, permite construir mayores piezas y, por consiguiente, estructuras más grandes.
Aproximadamente una cuarta parte del avión gigante de Airbus, el A-380, se construye en fibra de carbono. El aparato es todo un hito en la historia de la aeronáutica. Puede acoger en su interior hasta un máximo de 800 personas, dispone de ascensores, sauna, gimnasio, guardería, etc. El nuevo Airbus tiene capacidad para un 35% más de asientos, ofreciendo un 50% más de espacio, con un 24% de mantenimiento. Produce un 50% menos de ruido a su alrededor y menos emisiones de CO2 y de óxido nitroso en vuelo”, subraya Liñán, haciendo énfasis en las virtudes ecológicas del aeroplano.















La utilización de la fibra de carbono en el aparato del consorcio europeo tiene mucho que ver con toda esta lista de propiedades y ventajas medioambientales relacionadas con el A-380. La fibra de vidrio pesa menos y contribuye al ahorro de energía, es más dúctil y puede ser empleada con mayor versatilidad y, al pesar menos, con ella se pueden construir mayores piezas. Es un material más caro que el aluminio, pero su uso, a medio plazo, resulta más económico en términos de menos mantenimiento y menor cantidad de combustible consumida. Las fabricas que la compañía tiene en España juegan, además, un rol capital en la fabricación de las piezas elaboradas de compuestos de fibra de carbono.







Los materiales compuestos y las nuevas aleaciones han ganado presencia en el sector de la aeronáutica . Son materiales ligeros, resistentes y aptos para soportar el ambiente diverso.






-Edificios
Un claro ejemplo actual de un edificio ecológico es el 30 St Mary Axe de la ciudad de Londres, es un rascacielos de 40 plantas. Fue construido por la empresa sueca Skanska.







A diferencia de los edificios convencionales este  utiliza ahorros de energía que permiten utilizar la mitad de energía que una torre similar consumiría típicamente, en gran medida merced a su estructura llamada "Diagrid". Los boquetes en cada piso crean seis ejes que sirven como sistema natural de ventilación para el edificio entero. Los ejes crean un efecto gigante de vidrio aislante; se ventila y se intercala entre dos capas de esmaltar y así, aísla el espacio de la oficina adentro.
Los arquitectos limitaron el vidrio aislante en las casas residenciales para evitar la convección  ineficaz de calor. Los ejes sacan del aire caliente el edificio durante el verano y calientan el edificio en el invierno usando la calefacción solar pasiva. Los ejes también permiten que la luz del sol pase a través del edificio, haciendo el ambiente de trabajo más agradable, y guardando los costes de iluminación abajo.




A pesar de su forma de cristal curvada, hay solamente una pieza del cristal curvado en el edificio,el casquillo formado en el mismo punto.
En el nivel superior del edificio (piso 40), hay una barra para los arrendatarios y sus huéspedes que ofrecen una vista de 360° de Londres. Los restaurantes funciona están en el piso 39, y los cuartos donde cenan privados están en el piso 38.





-Conclusión
Los nuevos materiales conforman una nueva etapa del desarrollo humano, permitiendo así una mayor funcionalidad arqutectonica, seguridad, y apoyo al medio ambiente; cada vez la busqueda por nuevos materiales se aviva con la investigación que se ha realizado estos últimos años, permitiéndonos imaginar que algún día nuestras propias casas se verán reconstruidas bajo una nueva concepción y una mayor comodidad.

lunes, 26 de octubre de 2009

La Seda de Araña Genéticamente Modificada




La biotecnología tiene aplicaciones importantes, sabe aprovechar la capacidad de crear moléculas complejas que poseen los organismos vivos, algo que se a visto claramente en esta ultima década.Los últimos avances permiten, entre otras muchas cosas, obtener resistentes fibras de seda de araña a partir de la ingeniería genética.



Las fibras de seda de araña constituyen un material enormemente atractivo para la ingeniería genética(no se conocen especies de araña que no produzcan seda),en si, es un fluido que se solidifica al contacto con el aire, es una disolución concentrada de proteínas, cuya estructura se transforma justo antes de salir,convirtiendose en una forma insoluble que rápidamente se deshidrata y contituye la fibra de seda. Esta proteina de la seda se le llama fibroína, que se producen unas glándulas epiteliales modificadas, situadas en el extremo posterior del cuerpo de la araña.









Su elevada resistencia y deformabilidad constituyen un gran puerta a innovaciones tecnológicas ampliamente sustentables.Una fibra de seda es mucho más resistente que un cable de acero de similar grosor, y muchísimo más elástica.A su vez,la singular estructura molecular de las fibras de seda permite que puedan estirarse hasta veinte veces su tamaño sin romperse. El equivalente artificial más parecido, el Kevlar, la fibra sintética de la que se fabrican los chalecos anti-balas, es tres veces menos resistente y de mucho menor elasticidad que la seda de araña, tine un elevado costo de producción y su fabricación implica el uso de altas presiones y temperaturas,así como disolventes ácidos, altamente contaminantes.






Los intentos de criar arañas en granjas, del mismo modo que se crían los gusanos de seda, han resultado siempre desastrosos, dado el carácter agresivo y territorial de prácticamente todas las especies de arácnidos. Además, la araña recicla su telaraña, y está continuamente comiéndose las sedas que se han quedado viejas, para aprovechar su contenido en proteínas. Por tanto, si se desea obtener gran cantidad de seda para fines comerciales, es necesario recurrir a soluciones biotecnológicas, intentando su fabricación mediante otro tipo de organismo, más adecuado para su crianza y que no destruya la seda que produzca. 











Sin embargo, los científicos de Nexia Biotechnologies, una compañia en  Montreal,Canadá,
intentaron una idea mucho más ambiciosa basándose en las semejanzas que existen entre las células productoras de seda de las arañas y las células productoras de leche de los mamíferos. Ambos tipos celulares proceden de células epiteliales, modificadas con el fin de fabricar grandes cantidades de proteína y segregarlas al exterior. Las diferencias sólo se hallan en la forma de las células, ya que la maquinaria enzimática de fabricación, modificación y secreción de proteínas es común para todos los animales. A nivel bioquímico, los mamíferos estamos mucho más cerca de los artrópodos de lo que solemos estar dispuestos a admitir, y las células epiteliales de cabra, adecuadamente modificadas, son capaces de fabricar la proteína de la seda con tanta eficacia como las células epiteliales de araña. 










-La Biotecnología aplicada en la nueva fibra 
Cabras-Arañas

Nexia es uno de los líderes mundiales en biotecnología de animales, y hace un par de años, había desarrollado una estirpe de cabras de rápido crecimiento denominadas cabras BELE (Breed Early - Lactate Early, o "crianza rápida - producción de leche rápida"). "Bele" es una palabra de origen bantú, que designa las ubres de las vacas y cabras, y también significa "ternura" o "suavidad", una denominación adecuada para las pequeñas cabras de Nexia, que alcanzan la madurez sexual cuando tienen de 3 a 6 meses de edad (a diferencia de los 8 meses mínimos requeridos en las razas normales) y son de menor tamaño que las cabras habituales, por lo que requieren menores cantidades de alimento. Las cabras BELE se criaron con destino a la fabricación industrial rentable de grandes cantidades de proteínas y otros compuestos en la leche. La fibroína de la seda de araña será la primera de estas proteínas, si bien la empresa tiene en proyecto aplicar el mismo método a la producción de otras proteínas de interés comercial, tales como insulina, colágeno, hormona del crecimiento, factores de coagulación sanguínea o anticuerpos monoclonales. Las posibilidades son casi infinitas. 






































El proceso de obtención de una cabra modificada para fabricar seda de araña resulta, en un amplio análisis por el laboratorio. En primer lugar, se parte de un gen de fibroína de la seda, aislado a partir del genoma de una araña. Para ello se ha utlilizdado genes de dos especies de arañas muy comunes: Araneus diadematus, la araña de jardín común europea, y Nephila clavipes, araña tejedora dorada, que vive en América Central y el Sur de Estados Unidos. A continuación, se inserta este gen, conteniendo la información para fabricar la fibroína en un plásmido,es decir, un pequeño cromosoma artificial, con un promotor adecuado para que las células epitelial de cabra, añadiendo así el gen de la fibroína al genoma de la cabra, esto es el inicio de la formación del BioSteel (BioAcero). 





































-BioSteel

























El BioSteel®  es un producto creado de la combinación transgénica animal-animal es cinco veces más duro que el acero, tres veces más resistente que las fibras sintéticas, tiene un tacto sedoso y, además, es biodegradable. Dicho en otras palabras la explicación anterior acerca del proceso del BioSteel, aislaron al gen que codifica a la proteína de la seda de una araña, una de las substancias más fuertes y más elásticas que se conocen. Luego, se inserta a este gen en el genoma de un óvulo de cabra antes de que fuera fertilizado. Cuando las cabras transgénicas maduraron, produjeron leche que contenía a la proteína que codifica a la seda de la araña. La fibra creada artificialmente a partir de esta proteína de seda tiene varios usos potenciales de valor, tales como la producción de chalecos antibalas de bajo peso, gran fortaleza y gran suavidad. Otros usos industriales y médicos incluyen componentes más fuertes para la industria automotriz y aeroespacial y suturas más fuertes y biodegradables para cerrar heridas.


Nexia ha conseguido, hasta ahora, obtener células epiteliales mamarias de cabra con el gen insertado, capaces de producir estas fibras biosintéticas. Para dar el paso hacia una cabra transgénica, el núcleo celular modificado se inyectará, empleando las técnicas recientemente desarrolladas de clonación de mamíferos, en un embrión de cabra, que a su vez se implanta en el útero una cabra adulta para que se lleve a cabo su desarrollo. El animal que nacerá será una cabra transgénica, modificada para que la leche que produzca cuando sea adulta contenga grandes cantidades de fibroína, a partir de la cuál se obtendrán fibras de seda de araña. Estas fibras se podrán hilar mediante los métodos convencionales de la industria textil, para obtener tejidos de elevada elasticidad y resistencia con interesantes aplicaciones médicas, tecnológicas y militares. 




"Crear un material que tenga las propiedades de la seda de la araña ha sido , durante mucho tiempo , el Santo Grial de la Ciencia", asegura Jeffrey Turner, presidente de Nexia Biotechnologies.

El merito de Nexia Biotechnologies reside en manipular la cadena de ADN de las cabras para retirar uno de sus 70.000 genes y sustituirlo por otro de araña. Actualmente ya se encuentra en una mayor producción el BioSteel,ocupando mas cabras para la producción.





Utilidad

Las aplicaciones del BioSteel , según lo informa Nexia. Uno de los campos en los que se ulilizará este material es en la cirugía, donde estas fibras sustituirán a los actuales hilos de sutura, especialmente en el campo de la micro cirugía.


De igual forma este Bioacero se utilizará para producir selladores para la reparación de arterias dañadas, así como sustancias adhesivas para soldar tejidos desgarrados.
En el terreno militar ofrece buenas perspectivas para el BIoSteel, se informa que esta fibra será utilizada en los equipos antibalas como sustituto del Kevlar. 


Las ventajas que ofrece el BioSteel respecto a este último material son: mayor ligereza, mayor elasticidad, mayor resistencia frente a los proyectiles de alta velocidad, menor estorbo para el usuario y, sobre todo, un proceso de producción muy poco contaminante, una deficiencia del Kevlar.


El nuevo material también servirá para hacer correas más resistentes, para uso tanto en vehiculos civiles y militares, así como en aviones o en material de alpinismo.


También puede ser utilizado para fabricar las prendas utilizadas en los deportes extremos, para la fabicación de paracaídas más resistentes o para sustituir a los sedales de las cañas para pescar, sobre los que el BioSteel ofrece la ventaja de ser más elástico y biodegradable.


A la espera de que se descubran nuevos usos para el BioSteel, los responsables de Nexia Biotechnologies estiman que tan sólo en el campo de la medicina y cirugía existe un mercado con una cifra de negocio de más de 2.000 millones de dolares(2.300 millones de euros) anuales.   






Conclusión 
Las combinaciones transgénicas animal-animal representan un aspecto de crecimiento de la biotecnología, increíble, que avanza cada vez mas en el desarrollo de los nuevos descubrimientos, esto pone a la ciencia un paso adelante en la formación de nuevos paradigmas. El BioSteel, representa ese adelanto por tener nuevas y mejores alternativas en cuanto a la utilización de materiales que no son tan resistentes ni flexibles.















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