Crean biomaterial que se imprime en 3D para regenerar hueso

Su porosidad es muy similar al tejido óseo humano y sirve como soporte en casos donde se ha perdido hasta un centímetro cúbico


Investigadores de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP) desarrollaron un biomaterial con la capacidad de servir como soporte para regenera tejido óseo, el cual es biodegradable y puede imprimirse en 3D con porosidad controlada.

El material tiene el potencial de utilizarse como un implante y sustituir pequeñas porciones de tejido óseo. Está hecho de polímeros degradables e hidroxiapatita, un mineral cerámico que se encuentra en cuerpo, los cuales se inyectan en una impresora 3D.

Efraín Rubio Rosas, investigador del Centro Universitario de Vinculación y Transferencia de Tecnología (CUVyTT) de la BUAP y líder de proyecto comentó que “el hueso humano está compuesto de material orgánico como colágeno, proteínas y factores de crecimiento, y otro inorgánico que está constituido, en su mayor parte, de fosfato de calcio en forma de cristales de hidroxiapatita, que puede obtenerse de forma sintética y ser usado en implantes ortopédicos, ya que no es rechazado por el cuerpo”.

El desarrollo creado por los investigadores de la BUAP sirve como implante en secciones pequeñas o como relleno con la capacidad de regenerar tejido óseo natural. “Usamos nanopartículas de hidroxiapatita y un polímero compatible con el cuerpo humano, el cual se degrada con los fluidos fisiológicos; sin embargo, soporta el tiempo suficiente para permitir el crecimiento de hueso natural”.

Además, el material tiene una porosidad muy similar a la del hueso humano, para conseguirlo se desarrolló un modelo matemático que permite una estructura tridimensional y se crearon patrones computacionales a fin de realizar una fibra que se inyecte en la impresora 3D.

El modelo matemático se encuentra en solicitud de patente y se busca que en un futuro se imprima un pedazo exacto del hueso requerido.

El doctor Rubio Rosas mencionó que actualmente se usa el polvo de hidroxiapatita como relleno óseo; sin embargo, esta innovación puede generar el volumen suficiente para ser utilizado en implantes hasta con un centímetro cúbico.

Asimismo, la Facultad de Medicina de la BUAP desarrolla estudios preclínicos (cultivos celulares) a fin de verificar la biocompatibilidad del material.

El equipo multidisciplinario está conformado por el doctor Efraín Rubio Rosas y el maestro Eric Reyes Cervantes del CUVyTT, el doctor Marco Antonio Morales y el estudiante Irving Fernández Cervantes, ambos de la Facultad de Ingeniería Química, y los doctores José Fernando Rojas Rodríguez y Maura Cárdenas García, de las facultades de Ciencias Físico Matemáticas y de Medicina, respectivamente.

La historia de las poblaciones humanas a través del estudio del genoma

 Uno de los factores que influyen en la diversidad genética es la movilidad, se puede decir que las migraciones han moldeado las diferencias entre las poblaciones humanas desde África hasta América.

Con la secuenciación completa del genoma humano se sabe que los seres humanos compartimos el 99.9 % de la información genética, lo que ha enfocado el interés de los grupos de investigación en identificar y entender las diferencias genéticas de las poblaciones humanas.

Las diferencias genéticas entre individuos de distintas poblaciones pueden ser de un cromosoma entero, de dosis de cromosomas extras o haber deleciones o inserciones en la secuencia del ácido desoxirribonucleico (ADN). Una de las variaciones más abundantes en el genoma –el conjunto del material hereditario de un individuo– es la que se presenta en un solo nucleótido del ADN, ya sea en una adenina, timina, guanina o citosina, y se conoce como polimorfismo en un solo nucleótido (SNP, por sus siglas en inglés); este tipo de variaciones están distribuidas de manera aleatoria en todo el genoma, indicó el doctor Andrés Moreno Estrada, del Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (LANGEBIO) del CINVESTAV-Irapuato.

Entre los aspectos que se deben tomar en cuenta en los estudios de diversidad genética a escala poblacional están la mutación, la pérdida de diversidad o las fuerzas que aceleran el proceso de diversidad, señaló Moreno Estrada durante la conferencia “Estudiando la evolución humana y la diversidad a través de los genes”, que se realizó en el marco de la Reunión General de la Academia Mexicana de Ciencias, Ciencia y Humanismo II.

Otro factor que influye en la diversidad genética es la movilidad. En este sentido, se puede decir que las migraciones han moldeado las diferencias entre las poblaciones humanas desde África hasta América. “Los homínidos reconocidos como humanos modernos tuvieron su origen en el continente africano hace 150 000 años, posteriormente entre 50 000-70 000 años un grupo de africanos salió del continente hacia el océano Pacífico y Australia, mientras que otros poblaron Europa y Asia, y finalmente hace aproximadamente 15 000 años algunos llegaron a América”.

De tal manera que la pérdida de variantes genéticas desde la salida de África representa el efecto más profundo de la migración en el genoma humano. Es decir, los africanos son las personas que tienen mayor diversidad genética, y si analizamos el genoma de las poblaciones americanas, vemos que tienen menor diversidad; sin embargo, otro elemento importante en los estudios de diversidad genética es la distribución de esta, explicó el investigador.

Tanto el Proyecto Internacional HapMap, uno de los primeros que tuvo como objetivo catalogar las regiones de similitudes y diferencias genéticas entre individuos, como el Proyecto 1000 Genomas, con el que se analizó el material genético de miles de personas de todo el mundo, han generado una base de datos que permite estudiar la variabilidad genética humana y comparar los datos obtenidos con la información de otras poblaciones.

La diversidad genética de los mexicanos
Con el fin de conformar un mapa de la diversidad genética de México a nivel regional, el doctor Moreno Estrada en colaboración con el INMEGEN y un grupo internacional de investigadores realizaron un proyecto para estudiar los genomas de mil mexicanos que representan veinte grupos indígenas y once poblaciones mestizas, en el que se analizaron cerca de un millón de SNPs. Entre los resultados destaca que las diferencias genéticas, por ejemplo, entre los indígenas seris de Sonora y los lacandones de Chiapas son de la misma magnitud que las diferencias genéticas entre pobladores de Asia y Europa.

Es decir, aunque en México existe menor diversidad, las poblaciones se han aislado de sus vecinos, lo que ha magnificado las diferencias genéticas, en parte debido al impacto de la geografía –como es el caso de las montañas– en el flujo genético entre poblaciones.

En el estudio “La genética de México recapitula la subestructura Nativa Americana y afecta los rasgos biomédicos”, que se publicó en la revista Science en el 2014, también se analizaron las relaciones genéticas entre individuos, evidenciando que el mayor número de conexiones ocurre dentro de una misma población, ya que existen pocas conexiones que ligan, por mencionar un ejemplo, a los tepehuanos con los purépechas. Esto también nos habla del aislamiento que ha ocurrido en algunas poblaciones durante cientos de años.

Para obtener información más detallada de la población mestiza, se combinaron datos generados por el del Instituto Nacional de Medicina Genómica (INMEGEN) y por la Universidad de Stanford, así como información de poblaciones europeas y africanas de referencia para estimar los componentes ancestrales de la población mexicana. Al respecto, se concluyó que en la mayoría de los genomas analizados predominan los componentes nativos y europeos, y en menor proporción el componente africano.

Al mismo tiempo, los componentes genéticos de las poblaciones nativas de México se pueden dividir en seis grupos, tres de ellos se refieren a poblaciones altamente aisladas –seris, lacandones y tojolabales–, mientras que los otros tres muestran una distribución más amplia, pero geográficamente bien definida: el componente norte representado por los tepehuanos, tarahumaras y huicholes, el del sur en el que se incluye a los triquis, zapotecos y mazatecos; y finalmente el llamado “componente maya” ubicado en la península de Yucatán y en el estado de Chiapas.

Andrés Moreno ha participado en trabajos similares con poblaciones del Caribe y de Suramérica, en los que ha encontrado que las poblaciones de esa región del continente americano no están relacionadas genéticamente con las poblaciones de nuestro país. Actualmente colabora en el proyecto ChileGenómico que tiene como uno de sus objetivos conocer las características genómicas de los chilenos. Su laboratorio en México es de los primeros en especializarse en Genética Evolutiva Humana de América Latina.

 

Desintegran residuos PET en 24 horas

 

 

Tuxtepec, Oaxaca.  2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Investigadores de la Universidad del Papaloapan (Unpa) diseñaron un proceso que permite la degradación del PET (tereftalato de polietileno) en menos de veinticuatro horas. La investigación representa una alternativa para frenar la contaminación derivada por la acumulación de desechos —principalmente botellas— fabricados con PET en los ecosistemas.


Los investigadores Jorge Conde, Aurelio Ramírez y Leticia Navarro, pertenecientes al Instituto de Química Aplicada de la Unpa, desarrollaron un proceso químico que emplea etilenglicol (C2H6O2) e hidróxido de potasio (KOH) para destruir las cadenas poliméricas que constituyen el PET.

“Este proceso de degradación dura aproximadamente 24 horas, dependiendo de las condiciones térmicas. Consiste en seccionar el PET en unidades pequeñas y mezclarlo con sustancias como hidróxido de potasio y etilenglicol, que desintegran el plástico”, indicó el doctor Jorge Conde, especialista en física.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Jorge Conde enfatizó el impacto negativo de la acumulación de botellas de PET, principalmente en mares y ríos, debido a que provocan la muerte de especies.

Referente a los efectos secundarios del proceso químico, mencionó que es menos agresivo en comparación con otros métodos utilizados por la industria, además que se lleva a cabo en un ambiente controlado.


Proceso limpio


El proceso químico propuesto por los investigadores de la Unpa disminuye las condiciones de temperatura y utiliza sustancias químicas menos tóxicas, a diferencia de la hidrólisis utilizada por algunas industrias, que libera sustancias tóxicas al medio ambiente. Además, el proceso puede utilizarse para el reciclaje del PET.

El investigador agregó que el traslado de esta tecnología podría beneficiar a las industrias, pues además de disminuir el impacto ambiental, el proceso es rápido y de costos menores al que se utiliza de forma ordinaria.

El cuerpo académico encargado de realizar esta investigación está integrado por el doctor Jorge Conde Acevedo, la doctora Leticia Navarro (especialista en bioquímica) y el maestro Aurelio Ramírez, especialista en química. Como parte de los estudios liderados por el cuerpo académico, la química Karina Espinoza García presentó su trabajo de tesis denominado Alternativa química para degradar el PET, en donde se describe parte del proceso.

Para finalizar, el investigador Jorge Conde comentó que se encuentran en la búsqueda de aplicaciones para el producto degradado, y combinarlo con otros materiales como es el caso del cemento, y de esta forma constituir un material de construcción con flexibilidad mecánica en caso de sismos. Otra investigación en la cual trabajan, contempla el proceso de degradación del PET y la inclusión de polímeros derivados de almidones de la papa, plátano macho y mango.

 

Mexicanos crean alternativa de movilidad a través de la conversión a vehículos eléctricos

Convierten automóviles de combustión interna, lo que implica menos gasto económico y la contribución a un ambiente limpio


Cada año mueren en el mundo siete millones de personas debido a la mala calidad del aire causada por la contaminación atmosférica, según reporta la Organización Mundial de la Salud (OMS). Además se estima que el 24 por ciento de las enfermedades y el 23 por ciento de los fallecimientos pueden imputarse a factores ambientales. Ante la situación de contaminación, investigadores mexicanos convierten automóviles de combustión interna a eléctricos, los cuales generan ahorro económico y favorecen a una calidad del aire.

Héctor Ruiz García, director de la empresa Alto Rendimiento Automotriz que convierte los automóviles, detalló que se trata de la transformación a eléctricos que no contaminan, que usan baterías de litio o de plomo ácido conectadas en serie para conformar bancos cuyo voltaje va desde 48 a 144 volts, mismos que determinan la velocidad del automóvil. Con esta tecnología la unidad corre por encima de los 100 kilómetros por hora, idóneo para zonas urbanas donde el máximo reglamentado es de 40 a 80 kilómetros, por ejemplo en la Ciudad de México.

Otro beneficio es el ahorro económico. “Por ejemplo, ya comprobamos que con el gasto de 500 pesos semanales en gasolina para un automóvil de combustión interna, con el eléctrico se usa la misma cantidad pero bimestralmente, lo que se traduce en un rendimiento equivalente a cien kilómetros por litro, pagando electricidad en lugar de gasolina.

Para lograr estos beneficios, lo que hacemos es que un vehículo compacto, con 130 mil pesos, lo convertimos en eléctrico en una semana. Nosotros ponemos el motor, la controladora, las baterías, el plato adaptador a la transmisión, el cableado de potencia y el cargador para que la gente pueda tener un vehículo listo para circular", describió Ruiz García, licenciado en Informática por la UNAM.

El proceso de conversión inicia con la extracción del motor de combustión interna, después se diseña la adaptación del motor eléctrico al vehículo antiguo, posteriormente se traza el espacio que alojará el banco de baterías, es decir el equivalente al tanque de gasolina de un coche de combustión interna.

La transformación a automóviles eléctricos inició en 2011, cuando Héctor Ruiz se percató que dicha conversión era viable. “Actualmente el costo de los vehículos eléctricos nuevos no son accesibles, supera el medio millón de pesos, esto me despertó el deseo de que la sociedad tenga acceso a esta tecnología".

Tras decidir convertir un automóvil a eléctrico, los emprendedores universitarios entregan el vehículo con un cargador, mismo que puede conectarse a cualquier enchufe existente; además de asesoramiento para el registro ante las autoridades correspondientes y contar con el permiso para circular diariamente.

Con un tiempo de vida de más de diez años, la empresa mexicana dedicada a la transformación, se ubica en el Estado de México y también ofrece mantenimiento al motor, requerido a los primeros 80 mil kilómetros de uso.

Por el momento, la tecnología ya se ha probado en diez vehículos, "no hay limitante en el tamaño del auto, solo que a mayor tamaño, se requiere una inversión mayor, pero podemos hacer cualquier conversión", agregó.

Asimismo, se encuentran en proceso de registro de patente del cargador, mismo que fue diseñado por el equipo. "La importancia de estas conversiones a automóviles eléctricos reside en demostrar que esto es una tecnología al alcance de todos; nuestra intención es que no se aumente el parque vehicular, sino que de los existentes y obsoletos, se reutilicen para generar beneficios tanto económicos como sociales y ambientales”, finalizó Héctor Ruiz García.

Venden camionetas eléctricas con motor 100 por ciento mexicano

 

Ciudad de México. (Agencia Informativa Conacyt).- El motor de combustión interna es una máquina capaz de transformar la energía química de una sustancia combustible que arde en energía mecánica, es decir, en movimiento. Desde el siglo XVII, esta máquina comenzó a desarrollarse hasta convertirse en el propulsor primordial de los automóviles que utilizamos hoy en día.


De igual manera, el siglo XVII vio nacer el motor eléctrico que, debido a diferentes factores, como la facilidad de acceso a las gasolinas, no había sido la máquina de elección para impulsar al automóvil. Pero debido a las consecuencias ambientales que ha tenido la quema de combustibles fósiles en el planeta, se ha suscitado un impulso al desarrollo de nuevas estrategias de generación de energía para la industria automotriz.

Así, la empresa metal mecánica Moldex, creada por Grupo Bimbo, decide en septiembre de 2012 aventurarse con el desarrollo de un vehículo eléctrico lo cual le cerraría la cadena de valor y generaría un compromiso con el medio ambiente, comenta el director de Moldex, Jesús María Aguilar Sandoval.

Este proyecto, que comenzó con la idea de desarrollar y fabricar automóviles eléctricos para uso interno, ha crecido de tal manera que la empresa ha decidido poner sus vehículos VDT1 y VDT2 a la venta para todo público.

Actualmente Moldex cuenta con más de 320 unidades de su primer modelo, el VDT1, y comienza con la producción del VDT2, que es su segundo modelo. Su capacidad de producción es de 20 unidades por semana pero se tiene la capacidad de duplicarla, según las necesidades y la demanda que se vaya presentando, explica el director de Moldex.


Motor eléctrico mexicano, un cambio de paradigma

El desarrollo tecnológico para el diseño de los vehículos comenzó realizando una conversión eléctrica, es decir, "lo que queríamos era cambiar la fuente de energía de gasolina a electricidad, en una estaquita 2004, también conocida como camioneta de redilas. El proceso consistía en retirar los componentes de combustión interna —líneas y tanque de combustible, motor, radiador, etcétera—, fabricar los soportes metálicos, ensamblar el tren motriz de forma externa y montarlo en la camioneta, conectar las baterías y cablear los sistemas electrónicos. Después entrar a la etapa de pruebas y ajustes”, detalla el ingeniero Carlos Nava, quien es parte del equipo desarrollador.


Esta primera exploración fue realizada por dos personas, en un taller con un área de 15 metros cuadrados. Después de tres meses de trabajo, se tuvo el primer prototipo, el modelo mx45.

“Poco a poco fuimos incorporando personas con la misma pasión y mucho talento hasta que realizamos la producción, artesanal por así llamarle, de 48 unidades más para el primer Centro de Ventas Ecológico”, explica Carlos Nava.

El ingeniero considera que el desarrollo de tecnología ha sido un gran reto que no solo implica reconocer la capacidad de innovación mexicana, sino que representa un cambio de paradigma ante el motor de combustión interna, lo cual es difícil de lograr mas no imposible.

 

De prototipo a modelo funcional

Una vez que se realizaron las conversiones eléctricas, el equipo de trabajo decidió comenzar a desarrollar los componentes electrónicos y cambiar aspectos de las mx45 para mejorarlas, como un chasís más nuevo, ligero y compacto que también se ensamblara en México.

Después de seis meses de trabajo en las mejoras, se creó y comenzó la producción del modelo VDT1, que tenía muchas prestaciones, más que la mx45. Este modelo cuenta con un porcentaje mayor de integración y desarrollo de tecnología propia, como el tablero digital de instrumentos, el botón para avanzar o retroceder, que sustituye la palanca de cambios y los sistemas de seguridad en caso de colisión o en modo estacionario, explica Carlos Nava.

“Pero no nos quedamos ahí, somos un poco inquietos y nos quedamos con las ganas de cambiar aspectos mecánicos a electrónicos y aumentar las prestaciones de la VDT1. Entonces, un año después de la producción de la VDT1 tenemos ahora la VDT2 que da más autonomía con mayor capacidad de carga y mayor porcentaje de tecnología propia y mexicana”, comenta Carlos Nava.

El modelo VDT2 cuenta con un motor eléctrico cien por ciento mexicano, al igual que el sistema de administración de energía, el monitoreo de seguridad y un tablero digital. Y a diferencia del modelo VDT1 se optó por incorporarle palanca de cambios manuales para mejorar la respuesta de arranque y para mantener la sensación de manejo para los conductores.

Las baterías de ambos modelos son intercambiables, esto permite dejar un juego de baterías recargando o cargada, y si al vehículo se le termina la energía solo habría que desconectar la batería usada, cambiarla por la recargada y continuar la operación, explica el ingeniero.

La camioneta VDT1 se conecta a 110 volts por nueve horas, y la VDT2 a 220 volts por 12 horas. La ventaja es que con un cargador a bordo, se evita una estación de recarga especial.


Conduciendo un auto eléctrico

El modelo VDT1 es un automóvil de conducción sencilla, tiene un botón con el cual se selecciona si se quiere mover el vehículo hacia delante, hacia atrás o mantenerlo en modo neutral. Tiene la ventaja de que no hace ruido al acelerar y mientras no se encuentre circulando no consume energía.

Cuenta con un sistema de clutch y una palanca de cambios igual a la de un vehículo de gasolina, explica Carlos Nava. Además, para simular la experiencia de manejo de un auto de combustión interna, al VDT2 se le incorporó un sonido similar al de motor de combustión, lo que facilita su manejo.

Ambos modelos cuentan con un tablero de instrumentos que presenta los indicadores del estado de la batería de la camioneta. Además, tienen un freno regenerativo que se activa al soltar el acelerador y permite que la camioneta se detenga sola al mismo tiempo que recarga un porcentaje de las baterías, explica el ingeniero.


Debe considerarse que estos vehículos están diseñados especialmente para el transporte y distribución de productos comerciales, por lo que se crearon para funcionar a bajas velocidades, 40 km/h para el modelo VDT1 y 50 km/h para el VDT2.

“La respuesta de los vehículos es bastante buena, y aunque quizá sea un poco más lenta que la de una camioneta de gasolina, en cuanto a seguridad y confort estos modelos no le piden nada a los automóviles de gasolina. Incluso tiene un sistema que te 'enseña' a manejar de forma más eficiente la unidad y cuenta con un toque de la calidez mexicana: te saluda cuando enciendes la camioneta y se despide cuando lo apagas”, comenta Carlos Nava.

Para el grupo de ingenieros desarrolladores de Moldex, el uso de vehículos eléctricos debe ser priorizado, tanto por necesidad medioambiental como por practicidad y ganancia económica.

¿En realidad contaminan menos los autos eléctricos?

En un estudio publicado en 2012 por el doctor Troy R. Hawkins, en la revista Journal of Industrial Ecology, se analiza si en realidad los vehículos impulsados por motores eléctricos ocasionan un menor impacto medioambiental.

En este artículo, los autores detallan que los autos eléctricos son superiores a los de combustibles fósiles en términos de eficiencia en el sistema de propulsión, en las necesidades de mantenimiento y en reducir la contaminación del aire urbano al producir cero emisiones de tubo de escape. Pero para asegurar que el impacto neto ambiental de los vehículos eléctricos es menor, debe tomarse en cuenta la compleja cadena de producción de electricidad y de los vehículos mismos.

Por ejemplo, un auto eléctrico que se alimenta con electricidad limpia, puede reducir de 20 a 24 por ciento su contribución al calentamiento global comparado con un auto de gasolina, y entre 10 y 14 por ciento si se compara con uno de diesel.

Pero si la fuente de electricidad que alimenta al automóvil proviene de electricidad generada con quema de carbón o aceite, las emisiones que se generarían para proveerlo de energía serían mayores que las producidas por un auto con motor de combustión interna. Aunado a que algunos metales utilizados en la producción de baterías eléctricas suelen ser contaminantes.


Vehículos eléctricos en la Ciudad de México

En un artículo publicado en la revista Energy, en marzo de 2014, los investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Carlos Chávez Baeza y Claudia Sheinbaum Pardo, sostienen que el uso de vehículos híbridos y eléctricos podría ser una opción para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aire de la zona metropolitana de la Ciudad de México.


Para llegar a esta conclusión, analizaron las características del sistema mexicano de generación eléctrica. Debido a que 98 por ciento de la electricidad que se consume en la Ciudad de México se produce fuera de ella, el uso de vehículos eléctricos podría reducir considerablemente las emisiones de gases nocivos para la salud de los habitantes de la metrópoli.

Pero para que un vehículo eléctrico genere menos emisiones de dióxido de carbono (CO2) que uno a gasolina, es necesario que consuma menos de 21 kilowatts hora por cada 100 kilómetros recorridos, lo que equivaldría a un auto con una eficiencia de 46.8 kilómetros por litro de combustible. Lo cual, según los investigadores es completamente factible, incluso para vehículos de carga.

La tecnología que permita generar energías alternativas a la quema de combustibles fósiles permitirá alcanzar los niveles de gases de efecto invernadero que la humanidad y la vida actual en el planeta requiere para sobrevivir. Los autos eléctricos siguen siendo perfeccionados para alcanzar niveles de eficiencia y son una de las herramientas cuya introducción al mercado está siendo cada vez más aceptada.