Investigadores argentinos exploran el submundo de la materia

En un instituto de la CNEA y el Conicet, desarrollan dispositivos de tamaño infinitesimal para la administración controlada de drogas, prótesis de superficies biocompatibles y "laboratorios en un chip" para diagnóstico de enfermedades infecciosas.

Por Nora Bar

En escalas infinitesimales, la materia se comporta de maneras rarísimas. Como cuenta Galo Soler Illia en ¿Qué es la nanotecnología? (Paidós, 2015), en nuestra vida diaria, el oro es un metal amarillo que conduce el calor y la corriente, y que funde a más de 1000°C. Pero en el mundo de los nanómetros (mil millonésimas partes de un metro), por ejemplo, si fabricamos piecitas de 5 nm, ya no conduce tan bien la corriente, funde a 900°C ¡y es rojo!; en partículas de 20 nm, ¡es violeta! y si éstas miden 100 nm ¡son verdes! Es más, en cada caso sus propiedades son diferentes de acuerdo con su tamaño y su forma. Para hacerse una idea de estas dimensiones, baste con mencionar que el diámetro de un cabello mide alrededor de 50.000 nanómetros.

Esta curiosidad de la naturaleza dio origen a una nueva línea de investigaciones que hoy exploran el submundo de las moléculas, tanto en sus aspectos teóricos como prácticos. Ambos son el objeto de estudio del Instituto de Nanociencias y Nanotecnología (INN) que depende del Conicet y la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Nacido de la reunión de investigadores que alrededor del 2000 volvieron de hacer sus posdoctorados en distintos centros del mundo en física, química, biología y que necesitaban herramientas comunes. “Nos juntamos, empezamos a presentar proyectos, y se organizó un departamento que en 2017 desembocó en este instituto con dos sedes, un nodo en Bariloche y otro en Buenos Aires, con un centenar de investigadores, técnicos y becarios en cada uno –explica Laura Steren, vicedirectora del INN y directora del Laboratorio de Nanoestructuras Magnéticas y Dispositivos–. El de Bariloche está más orientado a la física fundamental, el de Buenos Aires tiene es más interdisciplinario”.

Chip diseñado en el INN

El INN tiene como objetivo promover la investigación y el desarrollo de materiales y dispositivos en escalas nanométricas, impulsar las colaboraciones interdisciplinarias en investigación básica y aplicada, formar estudiantes de grado y posgrado, entrenar profesionales e interactuar con la industria e instituciones de ciencia y tecnología a través de consultorías o prestación de servicios para el desarrollo de nuevos productos o tecnologías.

Aborda múltiples temas y entre sus planes figura construir un edificio propio en el predio del Centro Constituyentes de la CNEA, para el que ya tienen otorgado un subsidio y que tendrá plataformas experimentales abiertas para la comunidad científica de todo el país. “Tanto el de Bariloche como el de Buenos Aires poseen dos de las tres ‘salas limpias’ que hay en el país [la restante está en el Instituto Nacional de Tecnología Industrial] para desarrollar dispositivos y chips – comenta–. El nuevo edificio tendrá una mucho más grande".

Las salas limpias son instalaciones de muy alto costo de implementación y operación, por lo que su uso está muy restringido. Permiten desarrollar todo el proceso de la fabricación de chips, dispositivos pequeñísimos que exigen depositar sucesivas capas de escala nanométrica. Deben tener presión positiva, control de temperatura y humedad precisos, ángulos de las paredes redondeados, recambios periódicos de aire y sistemas de purificación muy escrupulosos, para que el ambiente no exceda las 1000 a 10.000 partículas de diámetro mayor a 0,5 micrones [millonésimas de metro] por pie cúbico; además de que todo el personal técnico debe ser especialmente entrenado.

“Cuando se hacen películas delgadas o estructuras más complejas superponiendo distintos materiales, el polvo puede hacer un desastre en las interfases de ese apilamiento controlado de distintos materiales”, explica Steren.

Los proyectos que encaran los equipos del INN están en la vanguardia del conocimiento. Algunos exploran, por ejemplo, la “computación neuromórfica”, que trata de simular a través de dispositivos o de un arreglo de dispositivos el funcionamiento neuronal para optimizar el tratamiento de la información; otros, el desarrollo de celdas solares y de combustible, sensores de radiación para instalaciones fotovoltaicas, gases, radiómetros para medir la fotosíntesis vegetal o para la sanidad vegetal, sensores solares para control de actitud [orientación] en misiones satelitales, de gases para aplicaciones a remediación ambiental y seguridad industrial o la liberación controlada de drogas en el organismo.

Un capítulo particularmente interesante es el de sus desarrollos en el área de la salud, como son los microdispositivos para liberación controlada y pulsátil de hormona de crecimiento, que permitiría mejorar la adherencia al tratamiento. También están trabajando en prótesis óseas con biocompatibilidad, y nanocompuestos híbridos y termorresponsivos para mejorar terapias de enfermedades crónicas, como la diabetes, la hipertensión y el cáncer.

“El bioquímico Paolo Catalano obtuvo un subsidio PICT 2021 para desarrollar esta área”, cuenta Steren. Las hormonas se administran en pequeña cantidad, pero su efecto está muy vinculado al momento en que se reciben. En el caso particular de la de crecimiento, su deficiencia se trata en general con inyecciones diarias. El nuevo tratamiento que intentan desarrollar los nanotecnólogos se basa en partículas nanométricas de dos materiales biocompatibles que permiten alojar la hormona, protegerla y liberarla de manera paulatina. De esta forma, el paciente se aplicaría una inyección subcutánea una vez por semana o cada 15 días.

Con grupos del INTA y de la Universidad Nacional de La Plata también están desarrollando un sistema conocido como “lab-on-a chip” [laboratorio en un chip]. Es un dispositivo portátil para diagnóstico; en este caso, de enfermedades infecciosas. “Tiene un sensor que utiliza partículas magnéticas que embebemos en el complejo biológico de modo que se le ‘peguen’ ciertos anticuerpos, por ejemplo. Nos pareció interesante abordar enfermedades olvidadas –destaca Steren–, y lo estamos haciendo para leptospirosis, una patología que se transmite a través de la orina de animales infectados, ataca el ganado y produce importantes pérdidas económicas. El sensor tiene en la parte superior un circuito que se llama microfluídico, para hacer circular el complejo biológico. Es un chip encapsulado. Se coloca la muestra (sangre, orina o lo que corresponda) y se la hace circular sobre el sensor para que se embeban las nanopartículas y se mida la señal de resistencia eléctrica. Algunos ensayos incluyen varios sensores, lo que permite hacer diagnóstico de distintas patologías. Es un sistema automatizado, rápido, que no requiere análisis del tipo PCR ni profesionales especializados. El chip simplemente se coloca en una plataforma enchufada a la corriente. Esto ofrece varias ventajas porque en la actualidad hay enfermedades tratables con antibióticos, pero cuyo examen requiere observación con microscopio o presenta problemas logísticos porque hay que enviar las muestras al Malbrán, donde se hacen exámenes comparativos que pueden tardar 15 o 20 días”. Los investigadores que trabajan en este proyecto esperan que en cuatro años estarán en condiciones de tener los resultados de una prueba de concepto.

Anteproyecto del nuevo instituto que se construirá en el predio del Centro Atómico Constituyentes

Para ampliar estas capacidades y poder articular mejor con la industria, Steren se ilusiona con la construcción del nuevo edificio cuya financiación ya está firmada por el ministro Filmus. “Tendrá una nueva sala limpia diseñada y construida especialmente –cuenta Steren–. Estamos trabajando con INVAP en el diseño. La nuestra actual tiene 130 metros cuadrados; la próxima ocupará 600 metros cuadrados”.

Los desafíos que plantea esta obra no son menores. Por ejemplo, el recambio de aire se hace desde abajo, por lo que es necesario contar con lo que se conoce como ‘pisos técnicos’, un espacio de unos 50 cm de alto por debajo del suelo por donde circulan los caños. “Tenemos bastante intercambio con científicos franceses y viajé varias veces para aprender cómo deben ser los filtros, la seguridad. Son cosas nuevas para nosotros”, dice la científica.

Laura Steren y Dante Mercado

Estas instalaciones se usan también para el estudio de distintos materiales o de nuevas propiedades de los que ya se conocen. Y para el desarrollo de dispositivos micro electromecánicos y circuitos integrados como los que tienen el teléfono, la computadora, los satélites, los autos, la cafetera… “Acá podemos hacer los prototipos y después hay que mandarlos a escalar –explica Dante Mercado, técnico especializado en proceso de fabricación y aclara que los equipos son aptos para producir en serie, aunque sólo en pequeña cantidad.

“La industria argentina de microelectrónica es modesta, pero esto nos ofrece una oportunidad –concluye Steren–. Por ejemplo, los satélites llevan muchos dispositivos electrónicos. A veces son componentes diseñados a medida y considerados estratégicos, por lo que esa tecnología no se vende. Con tiempo, financiamiento sostenido y gente preparada, podríamos encararlo. Es un desarrollo a mediano o largo plazo, complejo, pero que hay que hacer”.

Fuente: eldestapeweb.com