Diseñaron nanoestructuras basadas en óxido de zinc capaces de eliminar estas sustancias nocivas, que pueden permanecer en agua hasta por más de 10 años
En pruebas estándar, los resultados mostraron una eficiencia superior al 95 por ciento Continue reading Diseñan nanoestructuras para eliminar sustancias nocivas
14 de julio de 2014
Debido a que muchos tipos de nanomateriales se fabrican y liberan al ambiente a escala industrial, entre la comunidad científica hay una preocupación creciente por sus efectos en la salud humana y en el medioambiente.
La proliferación de éstos –definidos como materiales diseñados y producidos con características estructurales y con una dimensión de hasta 100 nanómetros (un nanómetro es equivalente a 0.000000001, o un milmillonésimo de metro)– es un problema que urge regular, sobre todo en la identificación de riesgos.
A escala nanométrica las moléculas tienen propiedades novedosas y atractivas en numerosas industrias (electrónica, biofarmacia, medicina, mecánica, cosmética, textil o robótica, por mencionar algunas). Los materiales adquieren características que los hacen más fuertes, ligeros, más resistentes al calor o mejores conductores de electricidad, pero al mismo tiempo pueden ser más tóxicos, dijo Elizabeth Chavira, del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM.
Naturalmente, las propiedades de las sustancias son diferentes que al momento de presentarse a escala nanométrica, y los nanomateriales se comportan de otro modo en el organismo.
Debido a su tamaño, pueden ingresar al organismo de humanos y animales por la piel y la respiración, y al circular por la sangre llegan a órganos y tejidos a los que no les sería posible arribar en su tamaño normal.
Aún se sabe muy poco de sus efectos en la salud y el medio ambiente a corto y largo plazos, y sus efectos son impredecibles. Desde cosméticos hasta detergentes, miles de productos se fabrican con materiales nanométricos, pero muy pocos países han regulado su fabricación y venta; todo lo dejan a la buena voluntad y ética del fabricante, que sigue las normas de seguridad establecidas para el país.
En la UNAM, una de las primeras indagaciones se deben a Emilio Rojas del Castillo, del Instituto de Investigaciones Biomédicas, quien estudió el efecto de los nanotubos de carbono en la salud humana. En el laboratorio encontró que nanotubos de grafito rompen cadenas de material genético y causan estrés oxidativo debido a un desequilibrio entre la producción de oxígeno reactivo y la capacidad del organismo para reparar el daño.
“Toxicidad de los materiales” no sólo se refiere a la de los nanomateriales, sino también a los métodos de síntesis empleados y a las materias primas involucradas de manera directa, explicó Chavira.
Estudio con nanopartículas de óxido de cerio y Artemia salina
Con el fin de estudiar la toxicidad en la salud humana y en el medio ambiente de algunos nanomateriales cerámicos y metálicos sintetizados en el laboratorio, se hizo un bioensayo con Artemia salina, diminuto crustáceo marino de cuerpo blando y transparente a la luz.
“Utilizamos Artemia salina porque filtra el material del que se alimenta, pero si es tóxico, el animal muere”, indicó la universitaria. “En general, su larva o nauplio se usa para determinar la toxicidad de productos químicos y naturales”.
“En nuestro bioensayo trabajamos con nanocristales de óxido de cerio (CeO2), empleados en catalizadores, biomedicina, en la fabricación de cosméticos, en materiales para pulido, aditivos de pinturasy aplicaciones en recubrimiento, debido a su dureza y resistencia”, apuntó la investigadora, y agregó que también se emplearon otros nanocompuestos fabricados en el laboratorio.
Los huevecillos de la Artemia Salina oclusionan en un periodo aproximado de 48 horas en una solución salina, en la que se usó sal artificial de mar, a temperatura ambiente (20 a 25 °C).
Al eclosionar se obtienen los nauplios o larvas, de los cuales se tomaron 10 ejemplares con un poco de la solución salina y se depositaron en uno de los 10 pozos de la microplaca. En cada pozo se colocaron 10 nauplios y nanocristales de CeO2 a diferente concentración.
Para validar el bioensayo se llevaron a cabo pruebas de citotoxicidad aguda con el uso de dicromato de potasio (K2Cr2O7) como estándar interno. Al estudiar el efecto del CeO2 en globulos blancos la citotoxicidad fue de 25 por ciento. Para las nanopartículas de óxido de cerio se encontró una casi nula ecotoxicidad para esta especie. Sin embargo, no ignoramos que otros estudios arrojaron que son tóxicas en linfocitos humanos, aseveró.
Para finalizar, consideró que “es importante para la sociedad estudiar la toxicidad de los nanomateriales y debe haber normas que regulen su manipulación y desecho, pues debido a su tamaño pueden entrar al organismo humano sin que nos demos cuenta”.
Créditos: UNAM-DGCS-401-2014
En el laboratorio de Sistemas Farmacéuticos de Liberación Modificada, de la Unidad de Investigación Multidisciplinaria (UIM) de la Facultad de Estudios Superiores (FES) Cuautitlán de la UNAM, académicos trabajan en nuevas formulaciones farmacéuticas que aprovechen las propiedades de los nanomateriales.
Como responsable del laboratorio, Elizabeth Piñón Segundo coordina un proyecto de ciencia básica, financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT), “orientado al diseño de nanopartículas de aplicación vaginal”, señaló la investigadora.
En él se elaboran nanopartículas poliméricas de acetato ftalato de celulosa, un polímero con propiedades microbicidas que, por sí mismo, actúa contra algunos hongos, bacterias y virus. Aunado a esto, se adicionan agentes antimicrobianos o antimicóticos (miconazol, nitrato de miconazol y clotrimazol), empleados para el tratamiento de padecimientos vaginales, de alta incidencia entre la población.
Para su obtención, explicó, se parte del polímero preformado de manera granular, que es disuelto con un solvente orgánico parcialmente miscible con el agua; pasa por un mecanismo de emulsificación-difusión, cuyo resultado es una suspensión de nanopartículas. El método fue patentado por David Quintanar Guerrero, también académico de Cuautitlán, con quien colabora el equipo de Piñón Segundo.
La académica mencionó algunas ventajas de esta formulación. Por lo general, para las infecciones vaginales se usan óvulos, geles o tabletas, que son de difícil aplicación, incómodos y generan escurrimientos. Debido a ello, el tiempo de contacto del fármaco con el tejido mucosal es corto (además, por los procesos de autolimpieza vaginal). En consecuencia, “la cantidad de fármaco que logra tener un efecto terapéutico es baja”.
En cambio, al tener un tamaño de partícula submicrónico, ésta puede interactuar con la mucosidad que recubre el epitelio, de modo que los nanosistemas “sean retenidos por mayor tiempo y el principio activo que contienen sea liberado de forma controlada”. Esto promueve una mayor efectividad.
Trabajarán con polímeros bioadhesivos
Una vez elaboradas las nanopartículas, se busca aumentar sus propiedades bioadhesivas, con el fin de mejorar su interacción con la mucosa vaginal. Con este fin, el equipo de Piñón Segundo comenzará a trabajar a partir de este año en un proyecto PAPIIT.
La idea central es incluir en la superficie de las nanopartículas mencionadas moléculas que interactúen con la mucina y, como consecuencia, prolonguen su tiempo de residencia. Esto aumentará aún más la efectividad del medicamento.
Con la propuesta de Elizabeth Piñón, al prolongar el tiempo de contacto entre fármaco y tejido orgánico las mujeres no deberán administrar de manera constante una formulación (muchas pacientes desisten del tratamiento tradicional en cuanto ven mejoría, pero se debe dosificar hasta el final del tratamiento).
Tal adhesión, aclaró, es permitida por las interacciones entre las cadenas poliméricas. “Los grupos funcionales de esos polímeros mucoadhesivos interaccionan con moléculas presentes en el moco vaginal, en específico en las cadenas de mucina”. Estas nanopartículas bioadhesivas se elaboran con el mismo método de emulsificación-difusión, “porque es una técnica que tenemos perfectamente estandarizada en el laboratorio”.
Por otro lado, además del acetato ftalato de celulosa, se buscará incluir otros polímeros biodegradables como el ácido láctico y ácido poliláctico-co-glicólico. Mediante la modificación de las propiedades bioadhesivas de estos materiales, “pueden ser dirigidas a cualquier mucosa”, como la bucal o nasal.
Tales formulaciones, además de permitir una liberación controlada, se pueden dirigir de forma concreta al sitio de acción requerido, sin que haya pérdida del fármaco en otros procesos metabólicos; por ejemplo, “uno administrado por vía oral puede ser biotransformado en el hígado por el efecto del primer paso hepático”, por lo cual requiere dosis más grandes para ser efectivo.
Hidrogeles que modulan la aplicación
Otro proyecto PAPIIT a cargo de este grupo de trabajo, consiste en el desarrollo y caracterización de hidrogeles, que pueden tener una aplicación vaginal, oftálmica u oral.
Esta línea de investigación cuenta con tres años de trabajo y se realiza en conjunto con José Manuel Cornejo Bravo, de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC) y su grupo de investigación. Como resultado, “hemos desarrollado diferentes hidrogeles que pueden contener principios activos y modulan la velocidad en la que éstos son liberados”, indicó la especialista.
El equipo de la UABC se ha encargado de hacer la síntesis de los hidrogeles, mientras que el laboratorio de la FES Cuautitlán busca y realiza las aplicaciones farmacéuticas. A futuro, se proyecta incluirles nanopartículas.
Una de las principales ventajas consiste en que, al absorber fluidos biológicos, aumentan y relajan las cadenas de polímero, por lo que el fármaco contenido puede ser liberado de manera controlada: “al modificar la composición de los polímeros que preparamos, es factible controlar la velocidad de liberación”.
Los hidrogeles se obtienen a través de una reacción química; se ajusta la temperatura y las condiciones de polimerización, se mezclan monómeros con iniciadores de reacción y agentes entrecruzantes; el proceso se realiza sobre placas de vidrio silanizadas, con lo que se obtienen películas de gel, mismas que pueden ser cortadas en la forma que convenga.
Créditos: UNAM-DGCS-320-2014
Tres integrantes del Instituto de Energías Renovables (IER) de la UNAM, fueron reconocidos con el Mérito Estatal de Investigación (REMEI), galardón que otorga la Secretaría de Innovación, Ciencia y Tecnología del estado de Morelos.
Joseph Sebastian Pathiyamattom, Teresa de Jesús Ruiz Sánchez y Cynthia Gutiérrez Lara, fueron distinguidos por estimular la investigación científica y tecnológica de calidad, así como su promoción y difusión.
A Sebastian Pathiyamattom le entregaron la distinción en la categoría Reconocimiento al Mérito con base en su trayectoria y aportaciones al conocimiento científico y tecnológico. Sus investigaciones se centran en celdas solares de película delgada y nanoestructuradas; tecnología del hidrógeno; celdas de combustible y biocombustibles.
De esa forma ha desarrollado materiales nuevos como semiconductores, catalizadores y nanomateriales, así como diseño e instrumentación de nuevos procesos y dispositivos, innovación y desarrollo tecnológico sobre sistemas híbridos que aprovechan fuentes renovables de energía y fabricación de prototipos de plantas que producen biocombustibles.
De Ruiz Sánchez reconocieron su tesis doctoral Diseño preliminar de sistemas de emergencia para una planta productora de hidrógeno mediante el ciclo termoquímico SI acoplado a un reactor nuclear de alta temperatura. La contribución más importante del trabajo se refiere al diseño, evaluación y confiabilidad de sistemas de emergencia que evitan el impacto de una liberación accidental de sustancias involucradas en los procesos de producción del hidrógeno.
Estos resultados pueden aplicarse en la instrumentación de nuevas tecnologías basadas en fuentes alternas de energía. El objetivo de la tesis de Ruiz Sánchez es la aplicación del concepto de defensa en profundidad utilizada por la industria nuclear.
En tanto, Gutiérrez Lara fue galardonada por su tesis de maestría en la que trata temas a nivel básico y aplicado de la dinámica de vórtices y mezclado de fluidos. Para su trabajo se valió de tres herramientas fundamentales en la dinámica de fluidos: soluciones analíticas, numéricas y experimentos, por un entendimiento más completo del fenómeno estudiado.
Los resultados obtenidos aportan elementos para la comprensión de flujos oceánicos y atmosféricos, además tiene perspectivas de aplicación en asuntos de relevancia de procesos industriales.
Créditos: UNAM-DGCS-041-2014
19 de julio 2011
• Octavio Manero y Antonio Sánchez Solís, junto con su equipo del IIM, han trabajado con arcillas de tamaño nanométrico que, combinadas con una resina poliéster, son útiles en el sector médico; además, este “compuesto plástico” podría emplearse en la industria de la construcción
• El desarrollo, en proceso de patente, tiene múltiples aplicaciones potenciales, entre ellas, la fabricación de agujas de polímero reforzado con fibra de vidrio, que podrían sustituir a las de acero inoxidable
Integrantes del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM, han desarrollado un compuesto a base de arcillas de tamaño nanométrico con excelentes propiedades, basado en materias primas nacionales y de bajo costo que, combinadas con una resina poliéster especial, son útiles para el sector médico.
Además, otros nanocompuestos poliméricos basados en resinas termoplásticas y termofijas, desarrollados por Octavio Manero Brito y Antonio Sánchez Solís, junto con su equipo del IIM, podrían aplicarse en la industria cervecera o de la construcción.
Las arcillas utilizadas presentan múltiples ventajas sobre las nanopartículas convencionales; por ejemplo, en lugar de métodos químicos, se emplea agua para exfoliar o separar sus “capas” constitutivas, lo que permite mayor interacción con el plástico. De ese modo, se logra el aumento de sus propiedades mecánicas.
El desarrollo, ganador en el Programa para el Fomento al Patentamiento y la Innovación de la Coordinación de Innovación y Desarrollo, y en proceso de patente, tiene múltiples aplicaciones potenciales. Entre ellas, la fabricación de agujas de ese polímero reforzado con fibra de vidrio, que podrían sustituir a las de acero inoxidable en varios usos, como en catéteres; hasta ahora, éstas sólo se fabrican en el extranjero y representan hasta el 80 por ciento del costo de una jeringa.
Una vez mejorado el procedimiento, acotó Manero Brito, el siguiente paso podría ser su aplicación en la construcción, es decir, en la sustitución de las varillas tradicionales. Estas tendrían la ventaja de no ser afectadas por la corrosión, además de tener mayor dureza, ser muchas veces más resistentes y más baratas.
Por otro lado, Sánchez Solís explicó que si las partículas nanométricas se emplean en la producción de botellas con termoplásticos, se disminuye la propagación de gases a través de sus paredes, lo que permite que el líquido contenido conserve sus propiedades por un tiempo más prolongado.
En la actualidad, los envases para cerveza se hacen de vidrio porque el plástico permite la difusión de oxígeno de la atmósfera; en consecuencia, el producto se oxida e induce un mal sabor. Con los materiales nanoestructurados, se podrá contar con recipientes de baja permeabilidad, con una enorme ventaja: pesan alrededor de 10 por ciento que los de vidrio. “Tan solo en el transporte se ahorran recursos considerables”, expuso.
Nanocompuestos
Sánchez recordó que los materiales nanocompuestos se han usado desde hace centurias, por ejemplo, en las vasijas de cerámica en China. Fue en la década de los 70 que comenzó su estudio sistemático.
Las nanoarcillas provienen de minerales que al estar en contacto con un medio ácido, cambian su estructura de amorfa a cristalina; entonces adquieren “orden” y se pueden separar, exfoliar y obtener nuevas y mejores características. En este caso, se trata de la arcilla montmorillonita, que se mezcla con la resina poliéster, líquido viscoso.
Uno de los polímeros que más se emplean en recubrimientos son las resinas termofijas, como la usada por los universitarios. El doctorante Alejandro Rivera, académico del Colegio de Ciencias y Humanidades, explicó que una vez que se polimerizan, no es factible su reuso en procesos de moldeo.
Se ha observado que el empleo de las nanoarcillas –contienen partículas del tamaño de la millonésima parte de un milímetro, y por ello son muy suaves al tacto, como el talco– presentan ventajas sobre los materiales tradicionales.
A semejanza de un paquete de naipes que se conforma por muchas cartas individuales, un granito de esa arcilla también se constituye de cientos de “capas” que se pueden exfoliar o separar; por ello, aumenta de forma considerable la interacción entre el “relleno” de polímero o plástico y la arcilla.
Manero precisó que antes se usaban partículas del orden de micras como cargas. Las nanométricas son mil veces más chicas. Al “empequeñecerse”, su superficie aumenta en correspondencia con el volumen que tienen; es una relación geométrica.
Al respecto, añadió que muchas de las propiedades mecánicas de estos materiales tienen que ver con la superficie de sus partículas. De hecho, con un gramo de esta arcilla se podría cubrir una superficie de 300 metros cuadrados; el reto es separar las capas.
Agujas flexibles
¿Por qué sustituir las agujas de acero inoxidable si funcionan desde hace muchos años?, planteó Sánchez Solís. En primer lugar, porque su filo queda intacto después de su primer uso y en muchos países se reutilizan, desafortunadamente infectadas; en consecuencia, un número considerable de personas en el mundo enferman de gravedad.
“Las agujas de acero tienen propiedades muy por encima de las requeridas”. En cambio, en las de poliéster con nanoarcillas el filo se termina después del primer uso, lo que impide su reuso. Además, al sustituir el acero el costo se reduce de manera notable. “No se desperdicia un material tan caro, sino que se aprovecha otro más económico y manejable”.
En el procesado, prosiguió Rivera, las agujas convencionales requieren de temperaturas altísimas, arriba de mil grados, contra 200 para las nano-estructuradas, lo que representa un ahorro considerable de energía.
Manero expuso que él y su grupo de colaboradores han hecho contacto con empresas interesadas en procesos relacionados con nanocompuestos, por lo que es cercana la posibilidad de que estos desarrollos se apliquen.
Los proyectos surgen no de un aspecto teórico, sino como respuesta a una necesidad industrial. “Investigamos el terreno científico y hemos publicado varios artículos sobre nanocompuestos, pero siempre consideramos su aplicación y vínculo con la industria y la sociedad”, abundó.
Las metas de publicar resultados científicos, obtener patentes y formar recursos humanos se cumplen junto con las de generación de conocimientos y empleos, finalizaron los universitarios.
Créditos: UNAM-DGCS-423-2011/unam.mx