Dos nuevas l\u00edneas de luz m\u00e1s potentes, destinadas a experimentos en el \u00e1rea ambiental, de evaluaci\u00f3n de eficacia de catalizadores, indispensable para acelerar determinadas reacciones qu\u00edmicas en los procesos industriales, y de investigaciones sobre estructuras de prote\u00ednas son algunas de las novedades del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotr\u00f3n (LNLS), de Campinas, en el interior paulista, al completar diez a\u00f1os de actividades en este mes de julio. Esos dos equipamientos se suman a 11 m\u00e1s ya instalados, totalizando 13 estaciones de trabajo. Adem\u00e1s de las instituciones de investigaci\u00f3n y universidades, varias empresas tambi\u00e9n se utilizan dos sofisticados equipamientos del laboratorio, por medio de convenios o de investigaciones a pedido. A finales de junio, surgi\u00f3 otro anuncio importante para el LNLS. El Diamond Light Source, del Reino Unido, formaliz\u00f3 una alianza con el laboratorio para el desarrollo de investigaciones con luz sincrotr\u00f3n. Esta sociedad abre la posibilidad para la realizaci\u00f3n de programas de investigaci\u00f3n y desarrollo t\u00e9cnicos conjuntos, adem\u00e1s de intercambio entre los investigadores de los dos laboratorios.<\/p>\n
Los objetos de estudio de la luz sincrotr\u00f3n son los m\u00e1s variados, desde estructuras org\u00e1nicas, como prote\u00ednas, hasta sistemas inorg\u00e1nicos de dimensiones nanom\u00e9tricas (medida que corresponde a 1 mil\u00edmetro dividido por 1 mill\u00f3n de veces), examinadas en detalles con el auxilio de un acelerador de part\u00edculas capaz de producir luz en un amplio espectro electromagn\u00e9tico, incluyendo la luz visible, los rayos X, el ultravioleta y el infrarrojo. La luz sincrotr\u00f3n es emitida por electrones altamente energ\u00e9ticos que circulan en un acelerador circular, o anillo de almacenamiento, de donde ella es distribuida para las 13 estaciones de trabajo donde los investigadores hacen los experimentos.<\/p>\n
Concebido en 1987 para actuar como una instituci\u00f3n abierta y multidisciplinar, el laboratorio, vinculado al Ministerio de la Ciencia y la Tecnolog\u00eda, fue construido por los propios investigadores brasile\u00f1os. Para eso, ingenieros e investigadores hicieron varias visitas t\u00e9cnicas de corta duraci\u00f3n a laboratorios en el exterior y tambi\u00e9n recibieron visitas de colegas extranjeros. Fueron necesarios diez a\u00f1os de trabajo para proyectar y construir la fuente de luz sincrotr\u00f3n, el coraz\u00f3n del laboratorio. El equipamiento estuvo listo al final de 1996, y en julio de 1997 el laboratorio comenz\u00f3 a recibir los primeros usuarios. “En el 2006, m\u00e1s de mil investigadores trabajaron en el laboratorio en 683 proyectos de investigaci\u00f3n”, dice el f\u00edsico Jos\u00e9 Antonio Brum, director general del LNLS. Cinco a\u00f1os antes, en el 2001, eran 267 proyectos. Cerca del 15% de los usuarios son extranjeros, principalmente de la Am\u00e9rica Latina, pero tambi\u00e9n de \u00c1frica del Sur y hasta de Europa y de Estados Unidos. Un equipo de 16 investigadores propios, responsables de los equipamientos y por el apoyo a los usuarios externos, desarrolla programas de investigaci\u00f3n.<\/p>\n
El crecimiento en el n\u00famero de usuarios es tambi\u00e9n reflejo de la ampliaci\u00f3n en las instalaciones del sincrotr\u00f3n. Entre 1999 y 2006, por ejemplo, el laboratorio pas\u00f3 de ocho para 11 l\u00edneas de luz y en este a\u00f1o gan\u00f3 otras dos. Una de ellas es la de absorci\u00f3n de rayos X, destinada principalmente a investigadores del \u00e1rea de ciencias de los materiales. “Nosotros ya tenemos una instalaci\u00f3n de ese tipo, pero la demanda llega a ser entre tres y cuatro veces mayor que nuestra capacidad de atenci\u00f3n”, dice Brum. La nueva l\u00ednea tiene un flujo de rayos X m\u00e1s intenso, que permite hacer otros tipos de experimentos en el \u00e1rea ambiental, de estudios de materiales magn\u00e9ticos y de catalizadores qu\u00edmicos.<\/p>\n
La otra l\u00ednea se destina a estudios de la estructura de prote\u00ednas. La diferencia en relaci\u00f3n a la fuente de luz tambi\u00e9n usada para esa finalidad, una de las primeras a ser instaladas en el laboratorio, es que, adem\u00e1s de tener un mayor flujo de fotones, posee una instrumentaci\u00f3n m\u00e1s sofisticada. Es la primera l\u00ednea del sincrotr\u00f3n alimentada por un dispositivo de inserci\u00f3n, llamado wiggler, capaz de emitir mucha m\u00e1s luz. Con un mayor flujo fue posible desarrollar una t\u00e9cnica de difracci\u00f3n para la cristalograf\u00eda de prote\u00ednas que permite estudiar mol\u00e9culas cuya estructura tridimensional es completamente original. “Es la primera vez que ser\u00e1 posible hacer ese tipo de experimento en la Am\u00e9rica Latina, lo que va a proporcionar un salto cualitativo en la investigaci\u00f3n de biolog\u00eda y de biotecnolog\u00eda”, dice Brum.<\/p>\n
Adem\u00e1s de esas dos, est\u00e1 en fase de finalizaci\u00f3n una tercera l\u00ednea, en la del espectro de lo visible y el ultravioleta, que permite mirar para el tiempo de vida de algunos procesos que involucran las prote\u00ednas. “Es una l\u00ednea diferenciada, que consigue mirar para la din\u00e1mica de algunos sistemas biol\u00f3gicos y qu\u00edmicos”, dice el director del LNLS. La gran innovaci\u00f3n es el hecho de ella ser producida por un ondulador de polarizaci\u00f3n el\u00edptica (EPU), equipamiento fabricado por los investigadores del LNLS que recibi\u00f3 en mayo el premio Inventor del Mes, concedido por la Autodesk, empresa estadounidense de softwares de ingenier\u00eda. El ondulador de 6 toneladas es el primero fabricado en Brasil.<\/p>\n
Fuente competitiva Como el flujo de luz producido es muy grande en el sincrotr\u00f3n, es posible ver en nivel at\u00f3mico tanto materiales org\u00e1nicos (prote\u00ednas, por ejemplo) como inorg\u00e1nicos (semiconductores, aleaciones met\u00e1licas y otros). “Entendiendo como funcionan sus propiedades, podemos hacer la s\u00edntesis del material por cuenta de determinada propiedad que se quiera explotar”, dice Brum. Un convenio firmado con la Petrobras en el final del a\u00f1o pasado, por ejemplo, tiene como objetivo evaluar materiales, con \u00e9nfasis en catalizadores, indispensables para el refino de petr\u00f3leo. Eso significa no solamente hacer la caracterizaci\u00f3n del material listo, sino principalmente entender lo que ocurre durante el proceso de s\u00edntesis. “Estamos comenzando a desarrollar experimentos espec\u00edficos en las l\u00edneas de luz para hacer la caracterizaci\u00f3n in situ. Eso significa que, al mismo tiempo que el material pasa por sus transformaciones, \u00e9l es tambi\u00e9n analizado con rayos X, lo que permite correlacionar las modificaciones ocurridas con su eficiencia como catalizador”, destaca el director del laboratorio.<\/p>\n El LNLS tambi\u00e9n tiene un convenio con la Oxiteno para la caracterizaci\u00f3n de catalizadores desarrollados por la empresa. El primer contrato fue firmado en el 2005 y renovado en el 2006. “Analizamos varias familias de catalizadores en varios estadios”, dice Daniela Zanchet, investigadora del LNLS. Algunos de ellos a\u00fan est\u00e1n en la fase de laboratorio y otros est\u00e1n bien pr\u00f3ximos de la etapa final. Uno de ellos ya sali\u00f3 de la escala piloto y fue para la industria. La Oxiteno fabrica catalizadores tanto para uso propio como para otras empresas. “Dentro de esas familias en que estamos trabajando en alianza, la empresa hace la s\u00edntesis del material y la cat\u00e1lisis, mientras nosotros hacemos la caracterizaci\u00f3n”, dice Daniela. La tecnolog\u00eda sincrotr\u00f3n permite entender con precisi\u00f3n lo que ocurre con las part\u00edculas durante la reacci\u00f3n. La generaci\u00f3n de conocimiento resultante de esa alianza es importante para que la empresa identifique r\u00e1pidamente y solucione problemas que puedan surgir en el futuro con el producto. Mientras en la escala inicial de laboratorio las pruebas duran algunas horas y son hechos con reactivos ultra-limpios, en la industria el catalizador funciona en condiciones completamente diferentes y por varios a\u00f1os.<\/p>\n En los casos de muestras muy peque\u00f1as o diluidas, el flujo de luz del sincrotr\u00f3n es esencial para la obtenci\u00f3n de resultados precisos. “Hicimos un estudio de an\u00e1lisis del agua y sedimentos en la represa Billings y constatamos la presencia de cromo, n\u00edquel y plomo en concentraciones bien elevadas, encima del l\u00edmite establecido por la Compa\u00f1\u00eda de Tecnolog\u00eda de Saneamiento Ambiental (Cetesb)”, dice la profesora Silvana Moreira, de la Facultad de Ingenier\u00eda Civil de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), coordinadora de la investigaci\u00f3n. El trabajo fue hecho en la l\u00ednea de fluorescencia de rayos X, que permite cuantificar los metales a\u00fan en cantidades \u00ednfimas.<\/p>\n Otro estudio del mismo grupo evalu\u00f3 la concentraci\u00f3n de metales en los anillos de crecimiento de los \u00e1rboles, que incorporan la contaminaci\u00f3n ambiental a lo largo de los a\u00f1os. “Como las muestras son muy peque\u00f1as, con masa de 20 a 30 miligramos, dif\u00edcilmente el m\u00e9todo convencional conseguir\u00eda detectar los metales pesados”, dice Silvana. El estudio compar\u00f3 \u00e1rboles en una regi\u00f3n con poco flujo de veh\u00edculos y otra con tr\u00e1fico intenso en la regi\u00f3n de Campinas. “En ese caso, notamos, adem\u00e1s de los contaminantes, que la concentraci\u00f3n de plomo disminuy\u00f3 a partir de 1990, cuando entr\u00f3 en vigor la ley prohibiendo el uso de esa sustancia como aditivo de la gasolina”, relata la investigadora.<\/p>\n Adem\u00e1s de la fuente de luz, el LNLS cuenta con un conjunto adicional de infraestructura para investigaci\u00f3n, como el Centro de Biolog\u00eda Molecular Estructural (Cebime), que forma parte del Centro de Biotecnolog\u00eda Molecular y Estructural (CBME), uno de los Centros de Pesquisa, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid) de la FAPESP. En el Cebime las investigaciones est\u00e1n concentradas en tres temas. Uno de ellos trata de las prote\u00ednas de Trypanosoma cruzi, agente causador de la enfermedad de Chagas, que alcanza cerca de 5 millones de brasile\u00f1os.<\/p>\n El proyecto, hecho en colaboraci\u00f3n con el Instituto de Biolog\u00eda Molecular del Paran\u00e1, vinculado a la Fundaci\u00f3n Oswaldo Cruz (Fiocruz), y m\u00e1s cinco universidades, adem\u00e1s del Instituto Pasteur, en Francia, tiene como objetivo analizar la funci\u00f3n y la estructura de las prote\u00ednas que son producidas por el protozoario diferencialmente en cada fase del ciclo de vida del par\u00e1sito. Con eso, los investigadores esperan identificar las prote\u00ednas que controlan los cambios de fase. “Posteriormente, explotando el hecho de que algunas prote\u00ednas unen a peque\u00f1as mol\u00e9culas, tendremos la posibilidad de modificarlas para reprimir la funci\u00f3n de una prote\u00edna que puede llevar a la inhibici\u00f3n de la propagaci\u00f3n del parasito”, dice el investigador Nilson Zanchin, del Cebime.<\/p>\n El segundo tema tiene como objetivo identificar, inicialmente, los genes que tienen un papel importante en la generaci\u00f3n y el mantenimiento a las leucemias y, en una segunda fase, caracterizar la funci\u00f3n de las prote\u00ednas codificadas por estos genes, para generar formas de neutralizarlas. El trabajo es hecho en colaboraci\u00f3n con el Centro Infantil Boldrini, de Campinas. El tercer tema se refiere a la interacci\u00f3n entre bacterias y par\u00e1sitos de plantas, como la Xanthomonas axonopodis citri<\/em>, que provoca el c\u00e1ncer c\u00edtrico, y la Xylella fastidiosa<\/em>, causadora de enfermedades en los naranjales. Al comprender la forma como las bacterias infectan a las plantas c\u00edtricas, los investigadores abren el camino para intentar bloquear la infecci\u00f3n provocada por el invasor.<\/p>\n En el sincrotr\u00f3n est\u00e1n las l\u00edneas de luz donde son recolectados los datos de la difracci\u00f3n de los rayos X para la resoluci\u00f3n de la estructura. Para eso es necesario primero obtener un cristal de esa prote\u00edna. En general, el proceso completo involucra la clonaci\u00f3n de la prote\u00edna. Despu\u00e9s ella es purificada y son hechos ensayos de cristalizaci\u00f3n, necesarios para organizar las mol\u00e9culas de las prote\u00ednas en tres dimensiones en el cristal. Los cristales, del orden de 100 micr\u00f3metros, o un d\u00e9cimo de mil\u00edmetro, son estudiados con un haz de rayos X de alta intensidad. Pero el proceso para llegar a los cristales no es f\u00e1cil. “El estudio de una prote\u00edna puede ser equivalente a una tesis de doctorado”, dice Zanchin. Algunas prote\u00ednas demoran dos a\u00f1os para cristalizar, otras cinco a\u00f1os y para algunas los investigadores no consiguen completar el proceso. Cuando eso ocurre, es posible usar un m\u00e9todo alternativo para el estudio de su estructura, basado en equipamientos de resonancia magn\u00e9tica nuclear que tienen centenas de veces el campo magn\u00e9tico de la Tierra.<\/p>\n Procesos industriales El estudio consisti\u00f3 en la caracterizaci\u00f3n de los vapores que, al ser expelidos en los procesos industriales, se condensan y forman nanopart\u00edculas s\u00f3lidas. En el caso en estudio, ellas eran compuestas de un n\u00facleo de magnetita (\u00f3xido de hierro) dopada con manganeso. “Descubrimos que ellas ten\u00edan una capa externa de \u00f3xido de silicio que funciona como una c\u00e1psula de protecci\u00f3n, minimizando el efecto del manganeso, lo que puede explicar la falta de v\u00ednculo con la aparici\u00f3nde la enfermedad”, dice Ramirez. A\u00fan son necesarios otros estudios f\u00edsicos, qu\u00edmicos y biol\u00f3gicos para entender mejor ese fen\u00f3meno.<\/p>\n Los electrones recorren curvas y rectas
\n<\/strong>Controlando los diversos tipos de luz, los investigadores pueden “divisar” objetos en escalas invisibles. “Particularmente en la faja de rayos X duros, una luz con longitud de onda m\u00e1s corta, que penetra m\u00e1s profundamente en la materia, somos una fuente muy competitiva en relaci\u00f3n a las fuentes convencionales instaladas en los laboratorios de menor porte”, dice el f\u00edsico Pedro Tavares, director asociado del LNLS y miembro del equipo pionero que desarroll\u00f3 el sincrotr\u00f3n brasile\u00f1o. Eso porque el usuario puede sintonizar exactamente lo que desea, cambiando la longitud de onda. Esa es una caracter\u00edstica muy peculiar de los sincrotrones. “Lo que puede demorar dos semanas para ser analizado en otros lugares aqu\u00ed lo hacemos en minutos u horas”, destaca Tavares.<\/p>\n
\n<\/strong>Las investigaciones en el sincrotr\u00f3n engloban gran diversidad de temas. En el \u00e1rea de nanotecnolog\u00eda, por ejemplo, la microscopia electr\u00f3nica complementa los estudios hechos en las l\u00edneas de luz. En el laboratorio de microscopia son hechos estudios de f\u00edsica y qu\u00edmica con nanotubos de carbono, nanopart\u00edculas met\u00e1licas para catalizadores, semiconductores y c\u00e9lulas de combustible, adem\u00e1s de investigaciones sobre crecimiento de puntos cu\u00e1nticos en colaboraci\u00f3n con otros laboratorios. Uno de los estudios hechos entre 2004 y 2006, por ejemplo, fue encomendado y pago por un conglomerado de empresas estadounidenses y europeas, grandes fabricantes de productos usados en los procesos industriales de soldadura, por intermedio de una oficina de abogac\u00eda de Estados Unidos. “Hicimos un estudio de los vapores resultantes de los procesos industriales que involucran la soldadura de materiales. Ellos cargan algunos elementos met\u00e1licos que pueden ser perjudiciales a la salud de los trabajadores, como el manganeso, causante de una enfermedad llamada manganismo”, dice Antonio Jos\u00e9 Ramirez, investigador del Laboratorio de Microscopia Electr\u00f3nica.<\/p>\n
\n<\/strong>La luz sincrotr\u00f3n es generada en un anillo de almacenamiento con 90 metros de circunferencia, formado por rectas y curvas. Producidos por un acelerador de part\u00edculas, haces de electrones se desplazan en un tubo de vac\u00edo a velocidades pr\u00f3ximas a la de la luz. Los electrones son desviados por imanes bipolares, emitiendo la luz sincrotr\u00f3n. Ese generador de luz sincrotr\u00f3n emite una luz blanca, con todas los haces del espectro. Adem\u00e1s de la luz visible, agrupa de forma condensada otras ondas electromagn\u00e9ticas que no son detectadas por el ojo humano, como el rayo X y las radiaciones infrarrojas y ultravioleta. La luz, que sale por diversos puntos distribuidos alrededor del anillo, es distribuida para las estaciones de trabajo. Las 13 l\u00edneas de luz son los equipamientos que quedan acoplados al acelerador circular de electrones y reciben la luz sincrotr\u00f3n de la m\u00e1quina. Adem\u00e1s de 12 imanes bipolares distribuidos alrededor del anillo de almacenamiento, que hacen la luz circular, dos dispositivos de inserci\u00f3n – una serie de imanes que producen desv\u00edos en las rectas del gran tubo – fueron instalados para estimular la emisi\u00f3n de luz.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El acelerador de part\u00edculas cumple diez a\u00f1os, aumenta el n\u00famero de equipamientos y amplia alianzas con empresas","protected":false},"author":22,"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":[115],"class_list":["post-83420","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\/83420","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\/22"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=83420"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/83420\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=83420"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=83420"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=83420"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=83420"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}