Una nueva generaci\u00f3n de sensores ultrasensibles, capaces de diferenciar matices en la composici\u00f3n de l\u00edquidos y gases, va a invadir el mercado en un futuro pr\u00f3ximo, siguiendo la estela de los avances de la nanociencia y la nanotecnolog\u00eda. \u00c9stas son \u00e1reas que investigan las propiedades de los materiales en la escala de uno a decenas de nan\u00f3metros, equivalente al nivel at\u00f3mico o molecular (un nan\u00f3metro equivale a 1 mil\u00edmetro dividido por 1 mill\u00f3n). En el coraz\u00f3n de estos dispositivos hay pel\u00edculas delgad\u00edsimas denominadas films nanoestructurados, de tan solo algunas mol\u00e9culas de prote\u00edna, por ejemplo.<\/p>\n
Son productos que ocupan un lugar central en los estudios de un grupo de investigadores del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP). “La perspectiva de uso de estos dispositivos es amplia, y va de los sensores para an\u00e1lisis de gusto, de gas y de l\u00edquidos hasta dispositivos electroluminescentes, tales como pantallas de computadora y de televisi\u00f3n, memorias \u00f3pticas, materiales hologr\u00e1ficos y nanorreactores, minieaparatos ideales para producir reacciones qu\u00edmicas en ambientes muy controlados, con pocas mol\u00e9culas, y que pueden usarse por ejemplo en la producci\u00f3n de bater\u00edas de celulares”, explica el f\u00edsico Osvaldo Novais de Oliveira J\u00fanior, coordinador del Grupo de Pol\u00edmeros del IFSC, que tiene varios proyectos en este campo, muchos en cooperaci\u00f3n con instituciones de Brasil y del exterior.<\/p>\n
El campo de los sensores dotados de esas pel\u00edculas nanom\u00e9tricas es vasto, pero b\u00e1sicamente su manera de funcionar implica la inmovilizaci\u00f3n de una determinada prote\u00edna (sobre un material s\u00f3lido, sin que pierda sus propiedades) utilizada para la detecci\u00f3n de sustancias que reaccionan espec\u00edficamente con \u00e9sta. El material s\u00f3lido en este caso es un pol\u00edmero llamado dendr\u00edmero, poseedor de estructuras globulares provistas de poros, que encapsulan a las prote\u00ednas sin que \u00e9stas pierdan sus actividades.<\/p>\n
Con el uso de esta t\u00e9cnica, una de las investigaciones del grupo, en asociaci\u00f3n con el Instituto de Qu\u00edmica de la USP, \u00a0deriv\u00f3 en la producci\u00f3n de biosensores para la detecci\u00f3n de glucosa en la sangre. Dicho estudio fue aceptado para su publicaci\u00f3n en la revista\u00a0Biosensors and Bioelectronics<\/em> , de la editorial holandesa Elsevier.<\/p>\n Otra innovaci\u00f3n del equipo, realizada en forma conjunta con el Grupo de Biof\u00edsica del Instituto de F\u00edsica, podr\u00e1 servir para el control de contaminantes. Es un sensor basado en la prote\u00edna Cl-catecol 1,2 dioxigenasa, que puede interactuar espec\u00edficamente con el catecol, una sustancia organoclorada frecuentemente asociada a los insecticidas, presente en las aguas contaminadas.<\/p>\n El grupo tambi\u00e9n avanz\u00f3 en la fabricaci\u00f3n de un sensor para la detecci\u00f3n del paraox\u00f3n, una sustancia t\u00f3xica que puede emplearse en la producci\u00f3n de armas qu\u00edmicas. “La relevancia de esta investigaci\u00f3n reside en la alta sensibilidad del sensor, que solamente fue posible debido a la inmovilizaci\u00f3n exitosa de una enzima llamada hidrolasa organofosforada. El trabajo cont\u00f3 con la participaci\u00f3n de investigadores de la Universidad de Miami y del Departamento de Qu\u00edmica de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar). Un art\u00edculo sobre este estudio fue publicado en febrero del a\u00f1o pasado en el\u00a0Journal of the American Chemical Society<\/em> , una de las m\u00e1s importantes revistas internacionales de qu\u00edmica.<\/p>\n Los sensores desarrollados en S\u00e3o Carlos tambi\u00e9n funcionan de otra manera: sin reconocimiento celular entre las mol\u00e9culas del film y de las sustancias que ser\u00e1n detectadas. De esta forma, el sensor funciona basado en un cambio en las propiedades de la pel\u00edcula a partir de una interacci\u00f3n f\u00edsica con la sustancia analizada y no por la interacci\u00f3n espec\u00edfica entre determinadas mol\u00e9culas.<\/p>\n Las propiedades que se alteran con la interacci\u00f3n pueden ser \u00f3pticas o el\u00e9ctricas. Tal es el caso de la lengua electr\u00f3nica, una de las m\u00e1s notables innovaciones tecnol\u00f3gicas surgidas de estos estudios. En dicho aparato, las mol\u00e9culas de la sustancia que debe ser detectada no necesariamente precisan reaccionar con las mol\u00e9culas del film. Basta apenas con alterar las propiedades el\u00e9ctricas de la superficie del sensor, que es sumamente sensible debido a la naturaleza ultrafina del film.<\/p>\n La lengua electr\u00f3nica es un sensor de gusto construido con una l\u00e1mina nanoestructurada de una sola capa de mol\u00e9culas polim\u00e9ricas (lea en<\/em> Pesquisa FAPESPN\u00b0 73 y 90<\/em> ). Este dispositivo desempe\u00f1a una funci\u00f3n similar a la de las papilas gustativas, pero con un grado de sensibilidad mucho mayor que el de la lengua humana.<\/p>\n Este invento, elaborado por la unidad de Instrumentaci\u00f3n Agropecuaria de la Empresa Brasile\u00f1a de Investigaci\u00f3n Agropecuaria (Embrapa) de S\u00e3o Carlos, cont\u00f3 con la colaboraci\u00f3n del Grupo de Pol\u00edmeros de la USP y se encuentra en fase de pruebas en la Asociaci\u00f3n Brasile\u00f1a de la Industria del Caf\u00e9 (Abic) para la diferenciaci\u00f3n de sabores de esa bebida. Y cabe acotar que, si ya existe la lengua electr\u00f3nica, los investigadores proyectan ahora nanofilms para una futura nariz electr\u00f3nica, capaz de detectar y diferenciar olores.<\/p>\n Los films nanoestructurados, elaborados a base de materiales org\u00e1nicos, no son autosostenibles, lo que significa que no puede manipul\u00e1rselos. Por eso se los deposita sobre un sustrato s\u00f3lido: un pol\u00edmero o una l\u00e1mina de vidrio, de metal o de semiconductor. El espesor de estos films es rigurosamente controlado y depende del n\u00famero de capas moleculares que lo componen, al margen del tama\u00f1o de cada mol\u00e9cula, en general, \u00e9stas miden entre 1 y 2 nan\u00f3metros de espesor.<\/p>\n De acuerdo con Oliveira J\u00fanior, el objetivo de su equipo es desarrollar estas nanopel\u00edculas, siempre con la preocupaci\u00f3n de llegar a posibles aplicaciones y a transferencias de tecnolog\u00eda.<\/p>\n “Hemos mantenido contactos con empresas interesadas en la aplicaci\u00f3n de los m\u00e9todos de la nanociencia y la nanotecnolog\u00eda para el perfeccionamiento de la producci\u00f3n de los materiales, pero hasta el momento no hemos sellado ning\u00fan acuerdo”, comenta el investigador. Pero la b\u00fasqueda de las innovaciones ha rendido buenos resultados. El grupo tramita una solicitud de patente inherente al almacenamiento \u00f3ptico de datos, que permitir\u00e1 que un film nanom\u00e9trico pueda aplicarse en una tarjeta de cr\u00e9dito, por ejemplo, dificultando as\u00ed los robos y los fraudes.<\/p>\n Pero en el \u00e1rea de almacenamiento de datos, los investigadores del IFSC pretenden ir a\u00fan m\u00e1s lejos. Est\u00e1n abocados al desarrollo de un pol\u00edmero capaz de almacenar datos digitales en tres dimensiones. Este trabajo se lleva adelante en cooperaci\u00f3n con el Grupo de Fot\u00f3nica del Instituto de F\u00edsica de la USP de S\u00e3o Carlos. La idea de los investigadores es desarrollar un bloque que reciba datos en diferentes capas para expandir la capacidad de almacenamiento.<\/p>\n “Es el gran sue\u00f1o de los cient\u00edficos. La principal ventaja de esta tecnolog\u00eda en comparaci\u00f3n con lo que existe hoy en d\u00eda consiste en que genera un incremento de la capacidad de memoria”, comenta Oliveira J\u00fanior. “En la actualidad el almacenamiento se hace \u00fanicamente en dos dimensiones. Sabemos ya c\u00f3mo producir este pol\u00edmero y ahora vamos a presentar un art\u00edculo para su posible publicaci\u00f3n en una revista internacional.”<\/p>\n Pese a esa amplitud de aplicaciones, los films nanoestructurados no se emplean comercialmente en gran escala todav\u00eda. “Las pel\u00edculas son muy caras y por ahora no existe un sistema de producci\u00f3n industrial a un costo accesible”. Este problema obedece en parte al gran n\u00famero de materias primas utilizadas en la producci\u00f3n de estos films. El grupo de Oliveira J\u00fanior trabaja principalmente con pol\u00edmeros conductores electr\u00f3nicos y luminescentes, mol\u00e9culas fotorreactivas como los azopol\u00edmeros (substancias sintetizadas a partir del benceno, la anilina y otros compuestos derivados del petr\u00f3leo).<\/p>\n Vale la pena resaltar tambi\u00e9n la importancia de los estudios del grupo con la quitosana, una sustancia extra\u00edda del caparaz\u00f3n de crust\u00e1ceos como el camar\u00f3n y el cangrejo. Estas mol\u00e9culas tienen un gran poder fungicida y bactericida, y una gran capacidad de alearse a metales y otras sustancias, lo que potencializa su uso como sensores.<\/p>\n T\u00e9cnicas de fabricaci\u00f3n Los films LB se elaboran dentro de un recipiente apropiado, denominado Cuba de Langmuir. Al iniciar del proceso, el material que dar\u00e1 origen al film se disuelve en un solvente vol\u00e1til que puede se el cloroformo, y se esparce en la Cuba de Langmuir, que contiene agua. Una vez evaporado el solvente, se utilizan barreras m\u00f3viles para formar una pel\u00edcula molecular sobre la superficie del agua denominada film de Langmuir. La misma es comprimida hasta llegar a un estado condensado. Luego la pel\u00edcula es transportada a un sustrato s\u00f3lido, formando as\u00ed el film de Langmuir-Blodgett.<\/p>\n La t\u00e9cnica de automontaje (capa por capa), desarrollada por el investigador alem\u00e1n Gero Decher a comienzos de la d\u00e9cada pasada, se vale del principio de adsorci\u00f3n (fijaci\u00f3n) f\u00edsica, donde las mol\u00e9culas se adhieren al sustrato debido a la atracci\u00f3n de cargas el\u00e9ctricas opuestas. La principal diferencia entre los films LB y los automontados es que estos \u00faltimos son elaborados con base en materiales solubles en agua, mientras que los films LB se hacen con materiales insolubles en agua. “La ventaja de la t\u00e9cnica de automontaje sobre la LB radica en su sencillez experimental, pues no se requiere contar con instrumentos sofisticados para la producci\u00f3n de los films”, explica el f\u00edsico de la USP.<\/p>\n Red de colaboraci\u00f3n Entre las instituciones que trabajan con el Grupo de Pol\u00edmeros se destacan la Universidad Estadual Paulista (Unesp), la Unicamp, el Coppe (UFRJ), la Universidad Federal de Uberl\u00e2ndia y la Universidad Estadual de Ponta Grossa, entre otras. A nivel internacional, las investigaciones cuentan con el apoyo de las universidades de Leipzig, Alemania; de Bangor, Reino Unido; de Cracovia, Polonia; de Windsor, Canad\u00e1; Nova de Lisboa, Portugal; de Miami y de Massachusetts, Estados Unidos.<\/p>\n De acuerdo con Oliveira J\u00fanior, la FAPESP financi\u00f3 una buena parte de la estructura para la fabricaci\u00f3n de los films, incluso la sala limpia (un ambiente con la m\u00ednima cantidad posible de part\u00edculas indeseables en el aire) del laboratorio donde \u00e9stos son procesados.<\/p>\n “Estimo que, desde 1991, la FAPESP ha destinado en torno de 500 mil d\u00f3lares a nuestro grupo, espec\u00edficamente para films nanoestructurados”, comenta el f\u00edsico. Ese apoyo se visto recompensado con la formaci\u00f3n de profesionales especializados y de una vasta producci\u00f3n cient\u00edfica. El Grupo de Pol\u00edmeros ha formado a m\u00e1s de 20 investigadores en el \u00e1rea de nanofilms, y en los \u00faltimos cuatro a\u00f1os se han producido alrededor de cien art\u00edculos para su publicaci\u00f3n en revistas indexadas internacionales.<\/p>\n Los Proyectos<\/strong>
\n<\/strong>Existen dos t\u00e9cnicas principales para la producci\u00f3n de nanofilms: la de Langmuir-Blodgett, conocida sencillamente como LB, y el automontaje o\u00a0layer-by-layer<\/em> (LBL), que significa capa a capa. La primera de \u00e9stas fue desarrollada en los a\u00f1os 1930 y lleva ese nombre en homenaje a dos cient\u00edficos americanos que trabajaron en General Electric, Estados Unidos, a comienzos del siglo XX: Irving Langmuir y Katharine Blodgett.<\/p>\n
\n<\/strong>El investigador hace hincapi\u00e9 al declarar que los avances obtenidos por su equipo se deben en gran medida al trabajo cooperativo con otras instituciones. “Nuestras investigaciones se hacen dentro de una red de colaboraci\u00f3n de Brasil y del exterior, lo que nos permite aprovechar la experiencia de otros investigadores y utilizar varias t\u00e9cnicas experimentales para la fabricaci\u00f3n y el estudio de los nanofilms”, dice Oliveira J\u00fanior.<\/p>\n
\n1-Films Ultrafinos de Langmuir-Blodgett y Automontados
\n2-Films Langmuir-Blodgett y Automontados<\/em>
\nModalidad<\/strong>
\nL\u00ednea Regular de Auxilio a la Investigaci\u00f3n
\nCoordinador<\/strong>
\nOsvaldo Novais de Oliveira J\u00fanior ? IFSC-USP
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\n1- R$ 49.310,00 y US$ 56.050,00
\n2- R$ 82.621,70 y US$ 70.822,75<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Sensores de dimensiones nanom\u00e9tricas detectan y diferencian sabores, olores y agentes contaminantes","protected":false},"author":23,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[116],"class_list":["post-78012","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/78012","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=78012"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/78012\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=78012"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=78012"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=78012"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=78012"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}