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Nuevos materiales

Pequeñas soluciones

En Pernambuco, la nanotecnología y la fotónica constituyen la base de los sensores del área ambiental y de la de salud

Uno de los primeros productos desarrollados en Brasil con tecnología nanométrica está listo para dejar el laboratorio e incorporarse al día a día. Es una molécula que tiene la función de dosificar la intensidad de los rayos solares de acuerdo con la sensibilidad de la piel humana. La misma se instala en una credencial, por ejemplo, y ayuda a los trabajadores que tienen al sol como compañero, como los policías de tránsito, a que no se expongan demasiado a las radiaciones solares. Un problema que debe evitarse, pues su exceso puede dar como resultado cáncer de la piel, una enfermedad causada por los rayos ultravioleta (UV), que llegan a la Tierra junto con la luz solar, y provoca más de 100 mil casos por año en el país, según el Instituto Nacional del Cáncer. La molécula, llamada n-Domp (nanodosímetro molecular de uso personal), es uno de los varios proyectos en el área de nanotecnología encabezados por Petrus D’Amorim Santa-Cruz, coordinador del Laboratorio de Nanodispositivos Fotónicos de la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE). Para el desarrollo y el formato final del n-Domp y de otros futuros productos, Santa-Cruz fundó, con otros siete alumnos, encargados de las investigaciones, la empresa Ponto Quántico, instalada en la incubadora de la UFPE. Tanto el laboratorio como la empresa forman parte de la Red de Nanotecnología Molecular y de Interfaces (Renami), una de las redes de nanotecnología del Ministerio de Ciencia y Tecnología (MCT).

Evaluación de riesgos – El nanodosímetro instalado en una credencial es el primer nanodispositivo de la empresa. Se lo expuso en la Brasiltec 2004, la feria de innovación tecnológica realizada en noviembre en São Paulo en el stand de la empresa. El público objetivo del n-Domp son las empresas que contratan guardias de tránsito, trabajadores de la construcción civil y de las plataformas de petróleo, y también los empleados de industrias de polímeros que usan UV artificial en la preparación de superficies de embalajes y otros productos. “Sirve para evaluar los riesgos de los usuarios”, dice Santa-Cruz. El dispositivo funcional se instala en una credencial de plástico bajo la forma de una película (film) que mide entre 40 y 50 nanómetros de espesor (1 nanómetro corresponde a 1 milímetro dividido por 1 millón). La molécula es “nanoarmada” en tres partes. La primera mimetiza (imita) a la piel humana y se degrada bajo la acción de los rayos UV, guardando la información de la dosis. La segunda, que incluye el elemento químico europio en forma de un ión (un átomo que perdió uno o más electrones), permite la lectura de la dosis por emisión de luz, y la última parte bloquea las interacciones con moléculas de agua, que podrían interferir en el funcionamiento del dispositivo. “La propia molécula es el dispositivo”, dice Santa-Cruz. La credencial sirve como un soporte, que facilita la lectura posterior de la dosis, con el auxilio de un lector conectado a una computadora, que almacena en un banco de datos la  cantidad de UV a que cada persona se expuso.

Santa-Cruz y sus alumnos poseen cinco prototipos en el área de nanotecnología con patentes depositadas en el Instituto Nacional de Propiedad Intelectual (Inpi). Uno de ellos es una evolución del n-Domp. Se trata de un sensor producido con Oled, sigla de Organic Light Emitting Diodes, o diodos orgánicos emisores de luz. Al contrario de los LEDs comunes, producidos con semiconductores inorgánicos, como el silicio y el galio, éstos se fabrican con moléculas con propiedades eléctricas que generan luz propia al paso de la corriente eléctrica. Llamado n-Domoled, este dispositivo es elaborado como un sándwich de nanofilmes. La parte activa de ese producto está constituida por la misma molécula proyectada para el dispositivo anterior, que se degrada con la radiación UV. Como el sensor emite luz cuando recibe una pulsación eléctrica, la acumulación de ultravioleta disminuye poco a poco la intensidad del efecto luminoso del dispositivo. “Es la próxima generación de los dosímetros personales que estamos desarrollando”, comenta Santa-Cruz.

Otra patente del grupo de investigadores sirve al campo de la salud. Es una contribución para la producción de vitrocerámicas, un material a base de vidrio en un proceso de cristalización controlado a altas temperaturas y que se vuelve muy resistente, sirviendo así para su uso en prótesis de huesos y dientes, por ejemplo. “Lo que hicimos fue inducir la formación de una nanoestructura de plata en ese material, poseedora de propiedades bactericidas y antiinflamatoria, para disminuir la posibilidad de infecciones en el local del implante”. La plata es milenariamente conocida por sus propiedades bactericidas, y recién se la abandonó totalmente para ese fin después de la aparición de los antibióticos. En el proceso de producción del material nanoestructurado, iones de plata ganan electrones y luego forman nanoesferas metálicas que emigran hacia la superficie del implante. En el medio biológico, la liberación de la plata, bajo la forma iónica (con pérdida o ganancia de electrones), tiene lugar de manera lenta y gradual.

Luz rara
La utilización de materiales nanoestructurados también trajo como resultado un dispositivo para monitorear la temperatura en ambientes biológicos, como en el interior del cuerpo humano o en el agua. Utilizando un nanopolvo a base de tulio y terbio, dos tierras raras (del grupo de los lantánidos en la Tabla Periódica), los investigadores consiguen monitorear la temperatura por medio fotónico, con precisión nanométrica. Además de la forma del nanopolvo, el mismo material se desarrolló en fibra óptica biocompatible, para el control de la temperatura a lo largo de la fibra. El sistema también puede utilizarse en sitios que no pueden recibir los termómetros usuales, como en los transformadores y áreas con altos campos magnéticos. La intensidad de la luz emitida por este dispositivo es recolectada por un sensor portátil que mide la intensidad relativa de luz azul producida por el tulio en relación con la luz verde del terbio. La razón entre la intensidad de las luces de estos elementos es el resultado de la temperatura. Esta relación de intensidades varía de forma lineal con las temperaturas, en el rango de -210°C hasta 720°C.

En el área ambiental, los investigadores del Departamento de Química Fundamental de la UFPE desarrollaron un innovador sensor de agentes contaminantes metálicos en agua. Un producto que ahora está en fase de automación en Ponto Quántico. Llamado SPA-Foton, este sensor está compuesto por un polímero superabsorbente, de la misma familia de los usados en los pañales, dotado de una sonda fotónica. Al ponerlo en el agua que se quiere analizar, el polímero absorbe el líquido en hasta 200 veces su peso y concentra el agente contaminante. El análisis, que puede hacerse en el local de la medición con una computadora de mano, realiza mediante la medición de la radiación luminosa de la sonda en un software. El resultado aparece a medida que el espectro de luz es modificado por el tipo de metal. “No medimos el espectro del agente contaminante, sino el espectro de la luz de la sonda”. Asimismo, el aumento de la concentración de metal en el polímero es lo que hace que la muestra sensor detecte cantidades muy pequeñas del agente contaminante. “Sabemos que ese sensor es factible económicamente, pero precisamos automatizarlo, por tal motivo estamos desarrollando un software más avanzado que hará la interpretación automáticamente.”

Residuo contaminante
El equipo de Petrus mostró en la Brasiltec 2004 que es capaz de formular nuevos materiales que van más allá del objetivo principal del trabajo en fotónica y nanotecnología. En un trabajo de doctorado en el Programa de Ciencia de Materiales de la UFPE, un residuo contaminante oriundo del pulimento del porcelanato, denominación de un tipo especial de piso cerámico pulido, se usó en el desarrollo de compuestos para lograr un yeso más compacto y resistente. El experimento dio por resultado una vitrocerámica y un vidrio que ahora pasan por la fase de ensayos para recubrir la cerámica. Todo con la ventaja de extraer el residuo del ambiente, agregándole así valor al subproducto. Con todos estos trabajos, y otros que están delineándose, Santa-Cruz tiene un firme propósito en la universidad. “Nuestra idea es formar alumnos, pero también desarrollar el espíritu de emprendedorismo en el área de nanotecnología”, dice. El investigador hace eso con la misma disposición con que imparte clases de nanotecnología en el posgrado por la mañana, y dos veces por semana, por la noche, en la licenciatura, para docente de la red pública de enseñanza del estado.

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