Comunicado de prensa - Ministerio de Ciencia, Tecnología e

Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva
Nanociencia: la alquimia de los materiales
Un equipo de investigadores del Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y
Aplicadas de la Universidad Nacional de La Plata realizó importantes aportes en el estudio de
nanomateriales para las áreas de energía y de salud. El trabajo a escala nanométrica permite
potenciar las propiedades y mejorar la eficiencia de los materiales.
Buenos Aires, 30 de septiembre de 2016 – La alquimia fue más que el deseo de encontrar la
piedra filosofal o transformar el plomo en oro; fue una práctica precursora de las ciencias y
combinaba elementos de distintas disciplinas. De hecho, muchos de los procesos sirvieron
como base para las actuales industrias químicas y metalúrgicas.
Con el paso del tiempo, si bien no fue posible hallar la piedra del elíxir de la vida ni obtener oro
a partir de otro elemento químico, la nanociencia permite algo impensado años atrás, a escala
nanométrica se cambian las propiedades fundamentales de la materia. Conocer el proceso a
través del cual se suceden estas modificaciones permite construir objetos pequeños “casi”
como uno quiera. “Es como una especie de alquimia; uno puede tomar los átomos y mezclarlos
para obtener los materiales con las propiedades que se deseen. Esto es lo fantástico”, afirmó el
especialista en caracterización de nanomateriales, Félix Requejo.
Doctorado en Física, hace más de 15 años que Requejo trabaja en nanociencia; durante su post
doctorado en la División de Ciencia de Materiales del Lawrence Berkeley National Laboratory
en California, descubrió que los elementos con los que trabajaba pertenecían al mundo
nanométrico y que explorar esa característica podría abrir muchas oportunidades.
Actualmente se desempeña en el Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y
Aplicadas (INIFTA) de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP-CONICET), en donde está a
cargo de un grupo de investigación interdisciplinar conformado por físicos, químicos y
biotecnólogos. Este equipo estudia materiales nanoestructurados a través de la caracterización
exhaustiva e incursiona en la síntesis, preparación y evaluación de materiales,
fundamentalmente para las áreas de salud y de energía.
El equipo que dirige Requejo recibió aportes del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación
Productiva, a través del Fondo Argentino Sectorial (FONARSEC) de la Agencia Nacional de
Promoción Científica y Tecnológica, merced a lo cual en el INIFTA se construyeron más
laboratorios, se adquirió nuevo equipamiento y se proveyeron de insumos, lo que permitió
contratar más personal y absorber más proyectos. El INIFTA, mediante la adhesión al Programa
de Sistemas Nacionales “tuvo una mejora muy importante que le permitió mantener lo ya
obtenido, a la vez que poder hacer frente a la exigencia de poner el equipamiento para las
necesidades de otros grupos de investigación”, señaló Requejo.
Estudiar la materia a escala nanométrica
Vivimos en la escala del metro; el conocimiento sobre la naturaleza, las leyes de la física, las
cosas que pasan en la vida cotidiana se miden en metros, “somos sujetos de la naturaleza que
vivimos en la dimensión del metro condicionados por leyes de la física relevantes a esa escala,
pero existen otras leyes de la misma física a escala mucho más pequeña que predicen otros
comportamientos de la naturaleza. No es que la naturaleza sea otra sino que, a distinta escala
se comporta de diferente manera”, explicó el investigador.
“El concepto de nanotecnología es cada vez más transversal. Hoy es prácticamente imposible
hablar de tecnología sin nanotecnologías”, afirmó Félix, a la vez que explicó que el
conocimiento sobre las nuevas aplicaciones de la nanotecnología se encuentra en la frontera,
ya que “el mundo nanométrico abre un gran abanico de posibilidades: desde la mejora en la
calidad de vida, la economía, tanto como para la generación de empleo, la obtención de
productos con mayor valor agregado y más competitivos y, por supuesto, para colocar la
realidad al límite del conocimiento”. Como se trata de un ‘mundo’ que puede manipularse
cada vez más, no sólo es posible generar nuevos productos sino, descubrir nuevas propiedades
para las aplicaciones, “es como haber descubierto un tesoro escondido”, enfatizó Requejo.
En esta misión se encuentra junto a su grupo de Estudios de Superficies y Nanomateriales
basados en el empleo de Técnicas de luz de Sincrotrón (SUNSET): analizan la interacción de la
radiación X con la materia para caracterizar materiales: “La importancia de la caracterización
reside, justamente en sentar las bases para posteriormente poder hacer un diseño racional de
los materiales. Uno puede saber qué le pasa, por qué funciona así, qué características tiene que
lo hacen ser como es; esto permite saber a dónde ir para mejorar las propiedades de los
materiales”.
Los rayos X son fotones con cierta energía que, por sus características, al interactuar con la
materia desencadenan determinados procesos físicos: “hacemos interactuar esos fotones con
el material que queremos estudiar y analizamos lo que ocurre producto de esa interacción”,
expresó el especialista.
Un equipo único en el hemisferio Sur
El laboratorio que dirige Requejo tiene la gran ventaja de contar con equipamiento propio, y
que no existe en ningún otro país de este lado del mundo; además, tiene acceso al moderno
equipamiento disponible en el INIFTA. En efecto, el grupo SUNSET dispone de un
espectrómetro de absorción de rayos X y puede hacer uso de un equipo de dispersión de rayos
X del INIFTA, dos instrumentales que se fundan en procesos físicos distintos pero que tienen
que ver con la interacción entre la radiación y la materia. “Contando con estos dos equipos
podemos analizar distintos aspectos de la materia nanoestructurada: la forma, el tamaño, las
respectivas distribuciones, el estado estructural y electrónico de los elementos químicos que
están presentes, etc. Son aspectos básicos a partir de los cuales se construye y se pueden
explicar las propiedades del material. Y no sólo eso: sabiendo cómo funciona uno lo puede
optimizar”, explicó.
Hasta hace unos años, sólo se podían estudiar estos procesos en un laboratorio de sincrotrón
(un tipo de acelerador de partículas) que no existe en el país; no había laboratorios en los que
se pudieran estudiar los materiales con estas técnicas. Para utilizar el sincrotrón era necesario
competir con numerosos grupos internacionales y luego viajar, lo cual implicaba altos costos y
una apuesta incierta. “Gracias al desarrollo e inversión sostenida desde el Ministerio de Ciencia
ahora podemos contar con este equipo ‘in house’, que da más libertad, ayuda a proyectar y
programar el trabajo de investigación”, observó Requejo, que agregó que, además brinda la
posibilidad de capacitar a los integrantes del grupo antes de viajar y dotarlos de experiencia
previa. Así es posible ganar tiempo y formar recursos humanos para las investigaciones
futuras.
Nanomateriales para la producción energética
Como los niños, las investigaciones son motivadas por el “¿por qué?”, y así lo explicó Requejo:
“todos los desafíos tecnológicos son abordables desde la perspectiva nanométrica: quiero
estudiar qué pasa y modificar las cosas en su naturaleza más profunda para que, por ejemplo,
determinado material no se rompa más”. En tal sentido se da el caso del desarrollo que llevan
adelante junto con Y-TEC para la extracción de petróleo y de gas, mediante la mejora de la
superficie de los pistones utilizados para extraer hidrocarburos de grandes profundidades: “el
desgaste se produce en la superficie del material; los pistones se fatigan, la superficie se corroe
porque tienen que trabajar más horas y a mayor presión”, comentó el investigador. El proyecto
consiste en mejorar las propiedades del material para hacerlo más resistente a estas
condiciones y, así evitar detener la producción para reemplazar las piezas gastadas y disminuir
las pérdidas.
Al mismo tiempo, el equipo lleva adelante otra línea de investigación para aprovechamiento
de energía solar. En este caso, el desafío es colectar de manera eficiente los electrones
producidos por materiales al absorber los fotones provenientes del sol. En palabras del
especialista: “Transformar en energía esa radiación ultravioleta y visible, que llega del sol y
acumularla”. Actualmente, trabajan en colaboración con grupos de investigación (dirigidos por
el Dr. en Cs. Químicas Arturo López Quintela) y empresas de nanotecnología de Santiago de
Compostela (España), con aglomerados de átomos de cobre, un material que resultó ser muy
estable –es decir, que no pierde las propiedades ópticas y electrónicas en condiciones
normales de temperatura y presión– y que tiene la propiedad de “recibir” un fotón y
“transformarlo” en un electrón. Estos “clusters” de cobre se podrían colocar sobre una
superficie conductora de grafeno (que también se sintetiza en el laboratorio del INIFTA) para
hacer aún más eficiente el proceso: “Son tan chiquititos que podés tener muchos y, por ende
generar muchos electrones; es decir, tener muy buena corriente a partir de la luz del sol”,
comentó Requejo. Estos ensayos de medidas de fotocorrientes se están llevando a cabo en
colaboración con grupos de investigación en Hamburgo, Alemania.
Nanomateriales para la salud
Han comenzado a incursionar en esta área buscando la optimización del funcionamiento de
biosensores: “Estamos utilizando materiales basados en grafeno que preparamos en nuestro
laboratorio para hacer biosensado. Sensores de glucosa, por ejemplo, que permitirían
determinar, a partir de una muestra muy pequeña, el nivel de glucemia en sangre”, comentó el
investigador. En este caso los “nano-biosensores” contendrían óxido de grafeno reducido, un
material que resultó ser muy apropiado para la inmovilización de las enzimas: “La idea es
aprovechar las características de este material; lo principal es tener sistemas que sean muy
sensibles y que cambien las propiedades a partir de cantidades minúsculas de lo que se quiere
detectar. Esto permite tener mucha sensibilidad en la detección, trabajar con menos volumen y
muestras más pequeñas”, agregó Requejo. La idea es que al colocar una gotita de sangre en el
sensor, el grafeno pueda “conectar” la enzima –sensible a la glucosa– con un “cable” y haga
circular una corriente que dispare una “alarma” indicando el nivel de glucosa en sangre. Por
ahora se ha probado que este material es más sensible que otros para este tipo de
aplicaciones. “El principio que subyace es siempre el mismo, después se puede cambiar la
enzima y variar la funcionalidad del sensor, desarrollar otros proyectos con la misma ideaconcepto que queremos demostrar”, afirmó.
El descubrimiento de las leyes del universo a principios del siglo XX cambió para siempre el
ritmo de vida de la sociedad moderna. ¿Sucederá lo mismo con las leyes físicas que rigen el
nanomundo?
El Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva fue creado en diciembre de 2007 y es uno
de los únicos en Latinoamérica que contempla la innovación productiva asociada a la ciencia y la
tecnología. Su misión es orientar estos tres elementos hacia un nuevo modelo productivo que genere
mayor inclusión social y una mejor calidad de vida para los argentinos.
Sus acciones se materializan en:
Inversión: Para el 2016 el presupuesto destinado al sector científico tecnológico asciende a más de 9,9
mil millones de pesos.
Estímulo: Ya regresaron 1.295 científicos argentinos que se suman a los que hoy hacen ciencia en
nuestro país.
Capacitación: La formación de recursos humanos responde a las demandas de conocimiento que
requiere una nueva matriz tecnoproductiva.
Gestión: Organismos e instituciones de ciencia y tecnología forman un conjunto articulado, logrando un
sistema más eficaz.
Producción: Se impulsa la innovación de base tecnológica y la incorporación de la ciencia en la cultura
productiva de las empresas argentinas.
Integración: La transferencia de conocimiento ayuda a establecer un desarrollo equilibrado en todo el
territorio nacional.
Divulgación: Se promueve el quehacer científico tecnológico para acercar a la población el valor del
conocimiento.