La química en la nanociencia

El futuro de la humanidad dependerá de tener instrumentos útiles en nuestro trabajo, tecnologíaa, ocio y vida cotidiana. Estos instrumentos se fabricarán con materiales adecuados. Por razones prácticas (propiedades mejoradas y modulables) y energéticas, se tenderá a minimizar el tamaño de los artilugios.

Para alcanzar estos objetivos serán fundamentales los avances científicos y tecnológicos en nanociencia, en la que la química tiene mucho que aportar en el diseño, preparación y caracterización de nanomateriales.

La nanociencia y sus aplicaciónes (nanotecnología) es un áreas de la ciencia de los materiales que aborda el estudio de objetos (una nanopartícula, NP) en escala nanométrica (orden de escala de centenares de nanometros, nm, 1 nm = 10-9). Ya existen numerosas aplicaciones industriales de los nanomateriales, con más de  1000 productos en el mercado que contienen nanopartículas (NPs), desde productos de cosmética a material deportivo. Esta es un área de negocio con un desarrollo muy amplio y unas excelentes perspectivas de futuro.

Actualmente existen muchos materiales nanoparticulados, especialmente derivados de metales de transición, como el oro, los óxidos de hierro, el dióxido de titano, el óxido de zinc o el paladio, que se están aplicando en diversas investigaciones en fase académica, tales como la catálisis, transferencia energética, materiales magnéticos, etc. Otras aplicaciones prácticas de la nanotecnología serán en el desarrollo de equipos  pequeños para monitorización (ambiental, salud, etc.) o en la fabricación de nanocápsulas para transporte de fármacos. Se podrán liberar fármacos en los órganos adecuados del paciente sin afectar a otras partes del cuerpo. Las nanocápsulas podrán dirigirse al sitio adecuado, por ejemplo usando materiales magnéticos.

Uno de los objetivos de la nanociencia es obtener NPs  con estructuras determinadas (a medida) que se puedan correlacionar con las propiedades, lo que es importante para el diseño de nanomateriales con propiedades definidas (“materiales a medida”, “tailored’). Para alcanzar este objetivo se ha intentando combinar las propiedades de NPs de diversos tipos. Se ha empleado la mezcla física de las mismas, pero el resultado no ha sido satisfactorio. Se piensa que la combinación química de NPs puede ser un método más adecuado, pues permitiría combinar diferentes NPs a voluntad, con propiedades mejoradas (efecto sinérgico), con mayor control de la estructura del material, y mayor estabilidad.

En el último número de ACS Nano (2012, volumen 6, número 1) se publica un articulo (Hamers y col, ACS Nano 2012, 6, 310-318) en el que se ha diseñado una estrategia para la obtención de NPs híbridas formadas por la combinación de óxidos de wolframio (WO3) y titanio (TiO2) a través de reacciones de [3+2] de alquinos con azidas (reacción de Huisgen) que ha sido convenientemente actualizada por Sharpless (Premio Nobel de Química en 2001 por el desarrollo de métodos de síntesis asimétrica a través de reacciones de oxidación) como uno de los métodos preferido para realizar la click chemistry; y que ha sido ampliamente usada en múltiples aplicaciones, desde la biomedicina a la ciencia de los materiales.

En esta investigación, los óxidos nanoparticulados (WO3 y TiO2)  son modificados con ligandos orgánicos con funcionalidad azida y alquino, respectivamente y se hacen reaccionar por el método desarrollado por Sharpless.

(De Hamers y col, ACS Nano 2012, 6, 310-318)

Los óxidos metálicos nanoparticulados, como el WO3 y el TiO2, son capaces de facilitar la separación y transferencia de carga promovidas por radiación lumínica. Esta propiedad hace que estos materiales sean muy atractivos para producir células fotovoltaicas, adecuados para fabricar paneles solares. Otra aplicación de estos nanomateriales es en fotocatálisis, es decir la aceleración de reacciones químicas por la radiación luminosa.

La posibilidad de mezclar varios tipos de óxidos metálicos nanoparticulados puede proporcionar mejores materiales para lograr estos objetivos. El trabajo descrito en ACS Nano describe la síntesis y caracterización de estos materiales y comprueban mejoras en las propiedades de los materiales híbridos en comparación con las NPs individuales, entre ellas, una eficaz transferencia de carga promovida por la luz y eficiente degradación fotoquímica del colorante azul de metileno.

Aunque las aplicaciones prácticas de esta investigación son evidentes, no hay que olvidar que es aún investigación básica; se están poniendo los cimientos para que en poco tiempo se puedan realizar aplicaciones tecnológicas. Otro aspecto importante de esta investigación es que se han desarrollado materiales con los que se pueden estudiar procesos básicos en ciencias físicas y químicas, como son entender procesos de transferencia electrónica e interacción de la luz con la materia.

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Nanopartículas a medida por métodos químicos

El futuro de la humanidad dependerá de tener instrumentos útiles en nuestro trabajo, tecnologíaa, ocio y vida cotidiana. Estos instrumentos se fabricarán con materiales adecuados. Por razones prácticas (propiedades mejoradas y modulables) y energéticas, se tenderá a minimizar el tamaño de los artilugios.

Para alcanzar estos objetivos serán fundamentales los avances científicos y tecnológicos en nanociencia, en la que la química tiene mucho que aportar en el diseño, preparación y caracterización de nanomateriales.

La nanociencia y sus aplicaciónes (nanotecnología) es un áreas de la ciencia de los materiales que aborda el estudio de objetos (una nanopartícula, NP) en escala nanométrica (orden de escala de centenares de nanometros, nm, 1 nm = 10-9). Ya existen numerosas aplicaciones industriales de los nanomateriales, con más de  1000 productos en el mercado que contienen nanopartículas (NPs), desde productos de cosmética a material deportivo. Esta es un área de negocio con un desarrollo muy amplio y unas excelentes perspectivas de futuro.

Actualmente existen muchos materiales nanoparticulados, especialmente derivados de metales de transición, como el oro, los óxidos de hierro, el dióxido de titano, el óxido de zinc o el paladio, que se están aplicando en diversas investigaciones en fase académica, tales como la catálisis, transferencia energética, materiales magnéticos, etc. Otras aplicaciones prácticas de la nanotecnología serán en el desarrollo de equipos  pequeños para monitorización (ambiental, salud, etc.) o en la fabricación de nanocápsulas para transporte de fármacos. Se podrán liberar fármacos en los órganos adecuados del paciente sin afectar a otras partes del cuerpo. Las nanocápsulas podrán dirigirse al sitio adecuado, por ejemplo usando materiales magnéticos.

Uno de los objetivos de la nanociencia es obtener NPs  con estructuras determinadas (a medida) que se puedan correlacionar con las propiedades, lo que es importante para el diseño de nanomateriales con propiedades definidas (“materiales a medida”, “tailored’). Para alcanzar este objetivo se ha intentando combinar las propiedades de NPs de diversos tipos. Se ha empleado la mezcla física de las mismas, pero el resultado no ha sido satisfactorio. Se piensa que la combinación química de NPs puede ser un método más adecuado, pues permitiría combinar diferentes NPs a voluntad, con propiedades mejoradas (efecto sinérgico), con mayor control de la estructura del material, y mayor estabilidad.

En el último número de ACS Nano (2012, volumen 6, número 1) se publica un articulo (Hamers y col, ACS Nano 2012, 6, 310-318) en el que se ha diseñado una estrategia para la obtención de NPs híbridas formadas por la combinación de óxidos de wolframio (WO3) y titanio (TiO2) a través de reacciones de [3+2] de alquinos con azidas (reacción de Huisgen) que ha sido convenientemente actualizada por Sharpless (Premio Nobel de Química en 2001 por el desarrollo de métodos de síntesis asimétrica a través de reacciones de oxidación) como uno de los métodos preferido para realizar la click chemistry; y que ha sido ampliamente usada en múltiples aplicaciones, desde la biomedicina a la ciencia de los materiales.

En esta investigación, los óxidos nanoparticulados (WO3 y TiO2)  son modificados con ligandos orgánicos con funcionalidad azida y alquino, respectivamente y se hacen reaccionar por el método desarrollado por Sharpless.

(De Hamers y col, ACS Nano 2012, 6, 310-318)

Los óxidos metálicos nanoparticulados, como el WO3 y el TiO2, son capaces de facilitar la separación y transferencia de carga promovidas por radiación lumínica. Esta propiedad hace que estos materiales sean muy atractivos para producir células fotovoltaicas, adecuados para fabricar paneles solares. Otra aplicación de estos nanomateriales es en fotocatálisis, es decir la aceleración de reacciones químicas por la radiación luminosa.

La posibilidad de mezclar varios tipos de óxidos metálicos nanoparticulados puede proporcionar mejores materiales para lograr estos objetivos. El trabajo descrito en ACS Nano describe la síntesis y caracterización de estos materiales y comprueban mejoras en las propiedades de los materiales híbridos en comparación con las NPs individuales, entre ellas, una eficaz transferencia de carga promovida por la luz y eficiente degradación fotoquímica del colorante azul de metileno.

Aunque las aplicaciones prácticas de esta investigación son evidentes, no hay que olvidar que es aún investigación básica; se están poniendo los cimientos para que en poco tiempo se puedan realizar aplicaciones tecnológicas. Otro aspecto importante de esta investigación es que se han desarrollado materiales con los que se pueden estudiar procesos básicos en ciencias físicas y químicas, como son entender procesos de transferencia electrónica e interacción de la luz con la materia.

Esta entrada participa en el VI Carnaval de Tecnología que aloja el blog Scientia (http://scientia1.wordpress.com/2012/01/06/vi-edicion-del-carnaval-de-la-tecnologia/) y en la XI edición del Carnaval de Química que aloja el blog La Aventura de la Ciencia (http://laaventuradelaciencia.blogspot.com/2012/01/arranca-la-xi-edicion-del-carnaval-de.html)

 
Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Wolframio, un tipo con química

Laureano Jiménez Esteller, profesor del departamento de Ingeniería Química de la Universidad Rovira i Virgili, ha elaborado una extensa, cuidada, divertida y didáctica colección de videos, disponibles en INTERNET. El proyecto ha contado con la colaboración de la FECYT.

El objetivo de los vídeos es mostrar aspectos de la vida cotidiana en los que, sin darnos cuenta, la química es fundamental, presentados de forma divertida pero sin olvidar los elementos científicos. Cada vídeo tiene además un cuaderno del profesor pensado para despertar el interés de los jóvenes por la química.

Wolframio, el protagonista de los videos, es un chico excéntrico, maniático y friki. Pero es mejor que lo veáis en los enlaces que se muestran al final del post.

Podéis contactar con Laureano Jiménez a través del correo electrónico laureano.jimenez@urv.cat.

Felicidades Laureano, por la iniciativa y el trabajo realizado.

Los resúmenes de algunos videos se pueden descargar aquí. A continuación se indican los títulos de algunos videos y los enlaces de descarga.

–  Tabaco: http://www.youtube.com/watch?v=4r7srVKiB6A&feature=player_embedded.

–  Amor: http://www.youtube.com/watch?v=KE1YQZCjKE0&feature=player_embedded.

–  Tinta invisible: http://www.youtube.com/watch?v=qijPZeNzKQk&feature=player_embedded.

– Pedos: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=D3Yk7mvCz4A.

– Bebidas carbonatadas: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=aeiI2CC4ky0.

– Marathon: http://www.youtube.com/watch?v=eEL1lxtVOYM&feature=player_embedded.

– Colesterol: http://www.youtube.com/watch?v=Rp61J2O9InE&feature=player_embedded.

– Agujetas: http://www.youtube.com/watch?v=khMMgFcFmwk&feature=player_embedded.

– La química es mala, malvada y maligna: http://www.youtube.com/watch?v=-9JVV6XZnQo.

– La tortilla quemada: http://www.youtube.com/watch?v=EwFNE0XFTrI&feature=player_embedded.

– Coolbito: http://www.youtube.com/watch?v=5B2XNH2Bpnk&feature=player_embedded.

–  El huevo duro del Everest, 1ª parte: http://www.youtube.com/watch?v=-rJhVc4YeuE&feature=player_embedded.

– El huevo duro del Everest, 2ª parte: http://www.youtube.com/watch?v=4U73ogdJMd0&feature=player_embedded.

– Salsas: http://www.youtube.com/watch?v=ATo_u_PuKpY&feature=player_embedded.

Información facilidada por:

Laureano Jiménez Esteller
Departamento de Ingeniería Química
Escuela de Ingeniería Química
Universidad Rovira i Virgili
Av. Països Catalans, 26
43007-Tarragona
Tel: +34-977558643
Fax: +34-977559621
http://www.etseq.urv.es/suscape/
laureano.jimenez@urv.cat
 
 
 
Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Conferencias sobre química

Las copias de las conferencias que impartí en la universidad de Granada, entre el 12 y el 15 de diciembre de 2011 se pueden descargar en los siguientes enlaces (y en el lateral de esta página en la categoría “Conferencias”)

Los avances de la química y su impacto en la sociedad: Una visión general. Enlace.

¿Lo común de cada día?: ¡La química! Enlace.

¿Natural, sintético? ¡Todo es química! Enlace.

El futuro: una visión desde la química. Enlace.

master_quimica_ugr1

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Máster de química en la universidad de Granada

Las copias de las conferencias que impartí en la universidad de Granada, entre el 12 y el 15 de diciembre de 2011 se pueden descargar en los siguientes enlaces.

Los avances de la química y su impacto en la sociedad: Una visión general. Enlace.

¿Lo común de cada día?: ¡La química! Enlace.

¿Natural, sintético? ¡Todo es química! Enlace.

El futuro: una visión desde la química. Enlace.

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Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

La química en las bibliotecas

En la Biblioteca Nacional de España se encuentra la exposición La Química de los libros: ciencia y conservación del patrimonio documental (hasta el 15 de enero). Más información.

La Bublioteca Naciona de España ha organizado dos talleres para niños a partir de 11 años: La materia está loca (más información) y Mini-reacciones (más información).

La Biblioteca Nacional de Francia ha digitalizado una serie de obras para celebrar el Año Internacional de la Química. Merecen la pena por su curiosidad. Hay muchos libros de interés histórico que se pueden leer on line. Más información.

 

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Los países no investigan porque son ricos, son ricos porque investigan.

 

600 millones de recortes en el presupuesto de Investigación + Desarrollo + innovación (I+D+i).

Esto está creando una profunda preocupación en la comunidad científica y en los dirigentes de los principales Organismos Públicos de Investigación (OPIs). A continuación se muestra una imagen con un artículo publicado en EL PAÍS (se puede agrandar pulsando la imagen). El artículo también se puede descargar aquí.

Aún no sabemos que cantidad del total del presupuesto (alrededor de ocho mil millones de euros, entre subvenciones y préstamos) irá a cada una de las partidas; pero mucho me temo que una parte sustancial del presupuesto irá a la letra “i” minúscula, es decir, para promover la investigación en empresas. Esto ya se hizo en las últimas etapas de la época ministerial de la Dra. Garmendia.

La medida de promover y potenciar la actividad investigadora en las empresas no es mala idea, siempre que las empresas realmente hagan investigación y que contraten personal. Aparentemente el objetivo de estas medidas es hacer que las empresas se implique en la I+D+i de este país y que se solvente el desequilibrio público-privado que existe en España; que es un caso único en los países desarrollados donde la mayor parte de la investigación es realizada en organismos públicos. La consecuencia principal de esta política de favorecer la I+D+i en las empresas sería que un porcentaje significativo de los doctores y tecnólogos españoles trabajarían en el sector privado. Desde hace ya bastantes años, las autoridades científicas españolas (sin importar el ministerio al que hayan pertenecido) han realizado una política de favorecer la I+D+i en empresas y deberíamos haber visto resultados.

¿Los hemos visto? La sensación de los investigadores de los OPIs es que no. La mayoria de la investigación española se sigue haciendo en el sector público. No hay un mercado laboral para doctores y tecnólogos en el sector privado. Los organismos públicos de investigación (especialmente el CSIC, pero también universidaddes como la UPC y la UPV ) siguen siendo las principales entidades en generación de patentes; lo que, siendo mérito de estos organismos, más bien es un demérito de las empresas españolas. Aunque los OPIs patentan mucho (relativamente), pocas patentes son transferidas al sector productivo, porque las empresas y empresarios españoles no invierten en ciencia.

En algún programa de A Hombros de Gigantes (de RNE-5) (creo que el 4 de marzo de 2011) mencionaba que los países poderosos son los que invierten en ciencia y no en ejércitos, como lo prueban los casos de Japón y Alemania; Estados Unidos comenzó su predominio mundial cuando empezó a atraer talento emigrante de Europa durante y después de la II Guerra Mundial. Esta idea justifica el título de este artículo, la investigación no es un lujo que se pueden permitir los países ricos, sino que estos alcanzan este estatus porque han investigado.

Hace alguna semanas me entrevistaron para EL CULTURAL. El titular elegido en la entrevista fue “Hacen falta políticos valientes que apuesten por la ciencia“. En este artículo se recogen algunas de mis ideas de por donde debe ir la política científica para que España sea un país moderno y próspero, fundamentado en el conocimiento. La entrevista se puede descargar aquí. A continuación reproduzco algunas preguntas y respuestas de la entrevista.

P.- ¿Qué piensa de los recortes en ciencia en estos momentos?

R.- En pocas palabras, son un desastre. Especialmente, porque se van a romper las ilusiones de muchos investigadores jóvenes sobre los que deberíaa sustentarse el futuro del país.

P.- ¿Es la ciencia y la tecnología la respuesta a las grandes crisis?

R.- Sin duda. En todas las grandes crisis, todas las naciones que han confiado en la ciencia y la tecnología han salido reforzadas. Hay que hacer inversión científica pues de ahí saldrán los avances que permitirán crear empresas con las que cambiar la economía. En el mercado global tenemos que competir con otras propuestas, con productos de muy alto valor añadido. Esto solo puede salir del avance científico y tecnológico. Soy muy pesimista y creo que España nunca va a estar en primera división en el impacto científico. Tampoco en una economía basada en la ciencia y la tecnología.

P.- ¿Hacia dónde debería caminar España científicamente hablando?

R.- Hay que ser realista. Se acaban de publicar los datos de la producción científica y el impacto de la ciencia por países. Se confirma que España es la novena productora de artículos científicos, pero nuestra posición en impacto es muy pobre, ocupamos el trigésimocuarto puesto. Esta es una medida de la calidad de la ciencia. Pero aún hay otro dato que es peor. España no transfiere conocimiento al sector productivo. Este es un mal endémico de la sociedad española y no es tanto culpa de los científicos y tecnólogos españoles como del poco riesgo asumido por los inversores españoles. Esta situación tiene otra consecuencia, la inmensa mayoría de los científicos españoles trabajan en el sector público porque no hay sector privado que los acoja. La situación es insostenible. Los frutos de la ciencia no se recogen de un día para otro. Faltan políticos valientes que apuesten por el futuro.

P.- ¿Qué fórmula aplicaría para resolver el problema de la financiación científica?

R.- La inversión en ciencia en España es un porcentaje muy pequeño del PIB y una cantidad ínfima de lo que suponen los rescates financieros. Por lo tanto, mantener la inversión de los años anteriores a la crisis no nos va a llevar a la ruina. Incluso si se invierte más, tampoco vamos a estar más arruinados. Con esto estoy pidiendo más financiación. Lo que nunca se debe disminuir es la necesaria para apoyar la investigación de los jóvenes, desde los estudiantes de doctorado hasta los jóvenes doctores, a los que hay que apoyar para que empiecen a hacer investigaciones independientes a los 30 y no a los 40 años, como ocurre actualmente.

 

Como conclusión; cambiemos el modelo; confiemos en la ciencia; hagamos más competitiva la carrera científica; eliminemos la endogamia (es más, debería estar prohibido tener una plaza en la institución en la que hayamos hecho la tesis o el postdoc); favorezcamos la movilidad; quitemos el funcionariado (lo dice un funcionario); oportunidades para los jóvenes, no valorándoles por lo que han hecho, sino por lo que harán; pensar que la ciencia tiene muchas facetas: formar, obtener financiación, transferir conocimiento a la sociedad (en forma de patentes y cultura científica) y no sólo publicar (lo que frecuentemenete sólo se valora en los concursos endogámicos de la universidad y OPIs españoles); en definitiva, copiemos los modelos que funcionan bien en el mundo (USA y Alemania especialmente).


Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es