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Química

Nanopartículas

Nuevos materiales magnéticos en escala molecular serán útiles en electrónica y en medicina

A simple vista, las materias primas utilizadas por un grupo de investigadores de la  Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG) no podrían ser más prosaicas. Son las ferritas que, básicamente, se puede decir que constituyen el mismo tipo de compuesto metálico presente en los imanes, y usado desde hace milenios por la humanidad. Pero existe, a su vez, una diferencia fundamental. La investigadora Nelcy Della Santina Mohallem y sus colegas del Departamento de Química están usando estos viejos y conocidos materiales, pero en escala nanométrica, una medida equivalente a un milímetro dividido en un millón de partes. En este tamaño, las ferritas pueden generar materiales y dispositivos innovadores en campos tan diversos como la electrónica, la química industrial y la medicina.

Nelcy explica que el principal interés de los investigadores al manipular las ferritas -óxidos de hierro que también pueden incluir otros metales, tales como el zinc, el níquel y el cobalto en su composición- se debe a la rapidez de la respuesta de sus propiedades magnéticas. Es por ello que, desde hace varias décadas, los imanes se utilizan mucho en motores, en sistemas de radar y en las telecomunicaciones. “Con el correr del tiempo, el tamaño de los dispositivos ha ido disminuyendo”, comenta Nelcy. A su vez e, por debajo de un cierto límite, la utilización de las ferritas empieza a afrontar problemas, debido su resistencia eléctrica, que limita una mayor miniaturización de artefactos electrónicos. Y es ahí que entra la nanotecnología.

Nelcy y sus colegas Juliana Batista da Silva, del Centro de Desarrollo de Tecnología Nuclear (CDTN), de Belo Horizonte, y Miguel Novak, de la  Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), con el apoyo del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS) de Campinas, están desarrollando nanocompósitos, que son materiales híbridos, con un tamaño que varía entre 5 y 100 nanómetros. Estos combinan un “núcleo” de ferrita con una matriz inerte, que puede estar compuesta de sílice o alúmina, por ejemplo. La matriz, denominada densa por los investigadores, crea varios nanoimanes separados. “De esta manera, es posible eliminar la interferencia y las pérdidas y aumentar la resistencia eléctrica, además de producir un acoplamiento entre las nanopartículas vecinas, creando mejores propiedades magnéticas”, explica Nelcy.

Una memoria potente
Una de las aplicaciones prometedoras de este tipo de nanopartículas tiene que ver con el  disco rígido de las computadoras: se pueden usar unidades nanométricas para almacenar información en forma magnética, y esto aumenta el potencial de miniaturización de las computadoras. A su vez, este material también podría potenciar la velocidad de acceso a la memoria. En dicho caso, el nanocompósito estaría dispuesto en forma de film o película. “Nosotros también somos capaces de moldear la microestructura de estos compósitos en piezas de algunos milímetros, acorde con la necesidad de cada aparato”, dice Nelcy. Es una ventaja si se se considera que actualmente la mayoría de estos compósitos existe únicamente en forma de polvo.

Las alteraciones en la estructura de la  matriz permiten que los nanocompósitos sea utilicen para un fin completamente diferente: facilitar reacciones químicas. Éste es el papel de los llamados catalizadores; y la escala nanométrica ayuda una vez más a que este trabajo se vuelva más eficiente. A fines de catálisis, el equipo de la UFMG montó las nanopartículas de ferrita dentro de una matriz extremadamente porosa, y no ya densa, como en el caso de los discos de computadoras. “Podríamos decir que el 95% de la matriz es aire”, afirma Nelcy. Esto significa que las partículas adquieren un volumen proporcionalmente muy grande. La superficie de contacto que este volumen expandido aporta  hace que ellas impulsen reacciones químicas con mayor eficiencia. “Usando mucho menos material de lo que se usaría normalmente, es posible mantener e incluso aumentar la velocidad de las reacciones químicas catalizadas por el nanocompósito”, explica la investigadora.

Contra el cáncer
Otra de las ideas del grupo se refiere a un ambiente todavía más delicado que el interior de las computadoras o la química industrial: el cuerpo humano. Al igual que otros investigadores de Brasil y del exterior, Nelcy y sus colegas están explorando la posibilidad de que nanoimanes ataquen enfermedades tales como el cáncer e infecciones. Esto funcionaría así: las partículas magnéticas en forma de fluido, envueltas en un material biocompatible, se inyectarían en el torrente sanguíneo del enfermo.

En caso de un tumor, por ejemplo, habría dos modos de transportar los imanes nanoscópicos a su destino. Un campo magnético podría conducirlos “manualmente” hasta el tejido afectado por el cáncer, o se acoplarían a éstos anticuerpos específicos para el tipo de tumor que se pretende atacar, de manera tal que los nanoimanes se adhiriesen al tejido enfermo. Una vez terminada esta etapa del proceso, la idea es aplicar en forma rápida y alternada el campo magnético externo. El movimiento de las partículas generaría el calor suficiente como para matar a las células cancerígenas. Otros trabajos del grupo sugieren que un sistema como éste sería particularmente útil para tratar tumores en fase inicial, cuando aún son pequeños.

La cobertura de los nanoimanes para que se vuelvan biocompatibles se hace con un tipo de azúcar llamado de ciclodextrina. Esta composición se desarrolló en conjunto con el profesor Rubén Sinisterra, del mismo Departamento de Química de la UFMG, dando origen a una patente. “Contamos con un material muy bien caracterizado químicamente”, dice Nelcy. La intención ahora es hacer alianzas en el ámbito científico que permitan chequear  el producto en seres vivos.

Según Nelcy, es grande la carrera mundial para transformar materiales como estos nanocompósitos en componentes de artefactos usados en el día a día. Los gobiernos de países como Estados Unidos reconocen que su potencial es estratégico. “Nuestras propuestas no le van en zaga a aquéllas que se elaboran fuera de Brasil. Cuando las presentamos en congresos científicos, es común que los asistentes se muestren impresionados”, dice la investigadora de la UFMG. “Pero, con los problemas de financiamiento que afrontamos, muchas veces terminamos no siendo los primeros en publicar en revistas científicas”. La investigadora cita el interés, por cierto,  incipiente aún, de parte de empresas brasileñas en la incorporación de algún componente nanotecnológico en sus productos, y sugiere que éstas podrían ser más audaces. “Ellos se muestran interesados en cosas que hacíamos hace diez años, y no en la nanotecnología de punta”, sostiene Nelcy.

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