S’ha demostrat que els metal•lacarborans, compostos purament inorgànics formats per un àtom central metàl•lic i dos semi-clústers de bor, carboni i hidrogen, penetren a l’interior de cèl•lules vives sense causar cap tipus de deformació ni perforació de la membrana. Un cop a l’interior, aquests compostos poden ser detectats i monitoritzats mitjançant la microscòpia Raman confocal.

La microscòpia confocal permet visualitzar les cèl•lules de manera molt precisa i exacta en les 3 dimensions de l’espai. Per altra banda, l’espectroscòpia Raman es fonamenta en l’energia de les vibracions dels enllaços que formen les molècules. En el nostre cas, la gran quantitat de vèrtexs B-H que contenen els metal•lacarborans (Figura 1), i a la vibració de tensió característica d’aquests enllaços a 2570 cm$^{-1}$, fan que la presència d’aquests compostos de bor sigui fàcilment detectable per mitjançant aquesta tècnica. El fet rellevant és que l’acoblament d’aquestes dues tècniques, anomenada microscòpia Raman confocal, permet la visualització digital de les molècules amb enllaços B-H a l’interior de les cèl•lules. Així, es pot fer un escombrat d’un pla imaginari i obtenir l’espectre Raman de cadascun dels punts del pla. 

La Figura 1 mostra una cèl•lula HEK 293 (Human Embryonic Kidney 293) en contrast de fase, seguida de dues imatges digitalitzades corresponents a dues freqüències de vibració determinades. La imatge central mostra la presència d’enllaços B-H (2570 cm$^{-1}$) i la de la dreta la presència d’enllaços C-H sp3 (2950 cm$^{-1}$). En ambdós casos el color rosa representa una alta densitat de senyal i el lila una menor densitat de senyal. Com es pot veure, els metal•lacarborans es distribueixen de manera heterogènia a l’interior de la cèl•lula, i les zones de major concentració d’enllaços B-H coincideix amb la zona de major densitat d’enllaços C-H, indicant una possible interacció/acumulació dels metal•lacarborans a teixits, membranes o orgànuls intracel•lulars que continguin cadenes alifàtiques (riques en enllaços C-H). 

Figura 1. A l’esquerra, estructura molecular del cobaltabisdicarballur, un metal•lacarborà de cobalt. A la dreta, imatges en contrast de fase i digitals d’una cèl•lula HEK 293 en presència de metal•lacarborà, amb els seus respectius espectres Rama a cada punt. 

Aquesta visualització i monitorització dels compostos de bor a l’interior cel•lular (com s’exemplifica esquemàticament en la Figura 2), juntament amb la seva manca de toxicitat vers les cèl•lules i la possibilitat de poder ser funcionalitzats amb múltiples fragments orgànics, postulen aquests materials com a bons marcadors pel transport de fàrmacs a l’interior de les cèl•lules. Les aplicacions de la química del bor en medicina són molt diverses, i han despertat l’interès de la indústria farmacèutica. Aquesta nova tecnologia en pot ser un nou bon exemple. 

Figura 2. Visualització esquematitzada dels metal•lacarborans a l’interior de les cèl•lules mitjançant espectroscòpia Raman confocal. 

http://blogs.iec.cat/scq/2013/09/25/vuitena-trobada-de-joves-investigadors-dels-paisos-catalans/
http://icmab.es/awards-news/staff-awards/1491-marius-tarres-schueler-premi-a-la-millor-presentacio-oral-a-la-8ena-trobada-de-joves-investigadors-dels-paisos-catalans

Segur que a ningú de vosaltres us agafa per sorpresa quan esteu tallant una ceba i els vostres ulls us comencen a picar i arribeu fins i tot a plorar una mica. És un fet quotidià que ja tenim ben assumit però... no heu tingut mai la curiositat de saber quina és la raó científica que hi ha darrera?

La ceba és un vegetal important del gènere Allium que té una àmplia aplicació en tot el món com condiment en la preparació d’aliments. La composició química de les cebes depèn de les diferents varietats però, en general, es caracteritzen per posseir un gran contingut en aigua (≈92 %). La resta de la seva composició està formada, generalment, per carbohidrats, sucres senzills, sacarosa i compostos orgànics sofrats. I són aquests últims els que, com veurem, juguen un paper fonamental en les característiques de la ceba. En general, els compostos amb sofre que hi ha en una ceba són aminoàcids no volàtils com, per exemple, el sulfòxid de S-alquenil-cisteïna (representat en la Figura 1).

Però és especialment curiós saber que moltes de les característiques especials que fan famoses a les cebes, com les seves propietat lacrimògena o el seu sabor picant característic, apareixen just en el moment que destruïm el seu teixit (per exemple, al mastegar-la, tallar-la o picar-la). En aquest punt, es quan trenquem unes petites vesícules que contenen un enzim conegut amb el nom d’Allinasa que té una fixació especial pel sulfòxid de S-alquenil cisteïna. Aquest enzim actua sobre l’esmentat compost sofrat i trenca els seus enllaços donant lloc a amoníac, sulfòxid de tioproponal i àcid pirúvic, molècules que també apareixen representades en la Figura 1.

L’àcid pirúvic és el compost que aporta el sabor picant a la ceba i, de fet, podríem dir que la ceba no presenta el seu sabor real fins a que no la tallem o masteguem! La major o menor quantitat d’àcid pirúvic farà que una ceba sigui més o menys picant. En l’actualitat, existeixen diversos mètodes per a mesurar la concentració d’aquest àcid, fet que ajuda, per exemple, a establir diferències entre diferents collites o  variants de cebes. En un article posterior ja us contaré com és possible realitzar l’anàlisi de l’àcid pirúvic!

Per una altra banda, el sulfòxid de tioproponal és un compost molt volàtil, és a dir, s’evapora fàcilment a temperatura ambient. D’aquesta manera, quan ens trobem picant una ceba, es forma d’immediat aquest sulfòxid el qual ascendeix ràpidament cap a la nostra mucosa ocular. La barreja del compost sofrat amb l’aigua que manté els nostres ulls humits dóna lloc, entre altres compostos, a àcid sulfúric. Aquest conegut àcid és molt irritant i els nostres ulls es defenen d’ell tractant de fer tot el possible per a diluir-lo tant com puguin. I com ho aconsegueixen? Fàcilment: afegint més aigua, és a dir, amb llàgrimes!

Per tant, si volem evitar plorar desconsoladament, el que es pot fer és mullar amb abundant aigua la ceba mentre la piquem o tallem. Així, aconseguirem arrossegar part dels compostos sofrats que es formen i evitarem que aquests arribin als nostres ulls. 

Com podem calcular les xifres del número PI?

Existeixen diversos mètodes i algorismes matemàtics per calcular les xifres de pi i un dels més curiosos és el mètode de Montecarlo (en honor al Casino de Montecarlo, la capital del joc d'atzar). Vegem-ho:

En Joan és un jugador mediocre que està jugant a dards en un casino. No és un jugador excepcionalment bo, ja que després d'analitzar els seus llançaments hem arribat a la conclusió que la probabilitat que el dard vagi en el punt mig de la diana és la mateixa que vagi en qualsevol altre punt del metre quadrat de la figura:

En resum, en Joan és un jugador que realitza les tirades a l'atzar.

Sigui $n$ el número de llançaments intentats, $m$ el número de llançaments encertats (qualsevol punt de la diana compta per igual), $D$ l'àrea de la diana i $Q$ l'àrea del quadrat. Fixem-nos que, si $n$ és elevat, es complirà la relació següent:

$$\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{m}{n}=\frac{D}{Q}$$

Per tant:

$$\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{m}{n}=\frac{\frac{\pi}{4}}{1}=\frac{\pi}{4}$$

$$\pi=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{4\times{m}}{n}$$

La primera impressió no sempre és la bona. A tall d'exemple, i seguint la línia de la Paradoxa de Monty Hall, us presento a continuació la Paradoxa de la Caixa de Bertrand, formulada pel matemàtic francès Joseph Louis François Bertrand

Enunciat

Tenim 3 caixes, cadascuna de les quals està formada per 2 compartiments amb una moneda a cadascun:

L'esquema de l'esquerra mostra les diferents possibilitats de trobar una moneda d'or en el cas d'haver trobat una de les tres monedes d'or en la primera elecció:

- Dos de cada tres vegades trobarem una altra moneda d'or, ja que en la primera elecció hi havia 2/3 de probabilitat de trobar la moneda "O1" o "O2".

- Per altra banda, una de cada tres vegades trobarem una moneda de plata, ja que en la primera elecció hi havia 1/3 de probabilitat de trobar la moneda "O3".

L'actual necessitat de cercar mètodes alternatius als combustibles fòssils ha portat a investigar a fons les propietats de materials i elements que facin més eficient l'obtenció d'energia.

Aquest és el cas de l'hidrogen, molt apropiat per utilitzar-lo com a combustible, bàsicament per dues raons: és fàcil d'obtenir i la seva combustió és neta (dóna aigua com a producte). Però un dels principals problemes que present és, deixant de banda que és altament inflamable, la seva densitat extremadament baixa, fet que dificulta moltíssim el seu transport i emmagatzematge. És aquí on entra en acció la nanotecnologia, concretament els nanotubs de carboni.

Aquestes estructures, de la mateixa família que els ful·lerens, consisteixen en uns cilindres buits construïts exclusivament d'àtoms de carboni. Ens ho podem imaginar com tires estretes de grafè enrotllades sobre si mateixes de manera que els extrems coincideixin.
Les seves curioses propietats han atret l'atenció de molts investigadors en els darrers anys, en el si de l'anomenada "Revolució nanotecnològica".

En primer lloc tenim la seva flexibilitat dimensional: tenen un diàmetre de l'ordre de nanòmetres però, en canvi, poden arribar a mesurar diversos centímetres de llargada. Per altra banda, són estructures pràcticament inertes (químicament parlant) i amb una elevada resistència a la tensió: per poder-ho comparar pensem en un fil d'acer de les mateixes dimensions que un nanotub de carboni. El nanotub, amb un pes 6 vegades inferior, té una resistència a la tensió fins a 100 vegades més gran!

També tenen propietats elèctriques molt diverses depenent de l'estructura que presentin, des de conductors a semiconductors; i propietats tèrmiques, com per exemple la seva gran estabilitat a temperatures molt altes i la seva gran conductivitat tèrmica.

Però una de les propietats més importats (i això ens porta al problema inicial de l'hidrogen) és la seva capacitat per emmagatzemar gasos sense reaccionar amb ells. Una estructura feta de milions de nanotubs de carboni presentaria una gran porositat que faria molt més fàcil i eficient el transport i emmagatzematge d'aquest gas.

Tot i els grans beneficis que en podem extreure, encara queda molt per investigar, sobretot en el camp de la medicina, on no està provat que els nanotubs de carboni no siguin tòxics per la salut.
De moment, haurem d'esperar a veure resultats de les investigacions que científics d'arreu del món estan duent a terme.

Una innovadora i prometedora tècnica s’ha usat per monitoritzar el reg sanguini de pacients amb isquèmia cerebral individualment.

Els accidents cerebrals vasculars són una de les malalties en el món industrialitzat que causa més morts cada any, per la qual cosa, les millores en aquest camp mèdic tenen grans repercussions en la major part de la societat que coneixem. Un dels principals objectius és la millora en els tractaments, però també en el diagnòstic dels pacients amb isquèmia cerebral aguda. El que es vol és saber quina és l’evolució del pacient després d’un tractament.

Un equip internacional d’investigadors guiats per la Universitat de Pensilvània i pel grup de recerca de Física Òptica Mèdica del Institut de Ciències Fotòniques (Barcelona) guiats pel Doctor Turgut Durduran, han presentat una millora en el diagnòstic i en el seguiment del pacient. Han introduït un aparell al costat del pacient (que per tant, no se l’ha de moure del llit quan se li està realitzant qualsevol prova). Aquest aparell té l'avantatge que no s'ha de moure al pacient i a més, que és barata comparada amb les altres tècniques amb un objectiu semblant.

El nou aparell es diu diffuse corelation spectroscopy (DCS, correlació de l’espectroscòpia amb llum difosa). Aquesta tècnica és no-invasiva (que no introdueix res dins del pacient, ni se li ha de practicar cap tipus de cirurgia). Només es tracta de posar un detector a la superfície del crani del pacient. El que fa aquest detector és mesurar les fluctuacions de llum infraroja que ha viatjat a través del crani i del cervell i ha tornat a la superfície (donades per un làser infraroig al costat del detector), tot comparant la llum que arriba amb la que ha sigut subministrada iniclament al pacient. Aquestes fluctuacions de llum són degudes al moviment de glòbuls vermells. Per tant, si es mesura el moviment dels glòbuls vermells, es pots mesurar el reg sanguini sota del crani.

Aquesta tècnica és prometedora en la mesura del reg sanguini després d’intervencions mèdiques guiades, per ajudar a determinar l’eficàcia de tractament mèdics,... fins i tot per monitoritzar la circulació en esportistes d’elit (o l’oxigenació de la sang durant esforç físic), o pel seguiment del creixement de tumors on es creen noves vies de circulació sanguínia.

L'aparell és tant útil que fins i tot s'ha desenvolupat una empresa amb aquesta tecnologia: “Hemophotonics”. Recentment aquesta empresa, tirada endavant amb un emprenedor que era ex-postdoctorant al grup de Turgut Durduran, va guanyar el premi d'innovació a la conferència SPIE Photonics Europe de la societat d'òptica SPIE.

Links d'interés:

http://www.hemophotonics.eu/

http://spie.org/x12290.xml

http://medicaloptics.projects.icfo.es/prototypes/

La font la podeu trobar a:

http://stroke.ahajournals.org/content/early/2014/03/20/STROKEAHA.113.004116.abstract

També podeu contactar amb l'autor del Blog de Cocociència Jordi Morales per més informació.