Categoría: Área – Ciencias

Química y electricidad para mejorar la depuración de metales pesados en el agua

Autor de la entrada Por UVadivulga
Fecha de la entrada 05/03/2018

Instrumental del grupo SMAP (Grupo de Superficies y Materiales Porosos) de la Universidad de Valladolid

Química y electricidad para mejorar la depuración de metales pesados en el agua

La Universidad de Valladolid depura una técnica electroscópica para el análisis de los filtros en el tratamiento de residuos en la industria

Los metales pesados constituyen uno de los grupos de contaminantes ambientales de mayor preocupación. La presencia de plomo, cadmio o cromo en el agua produce grandes daños ambientales, y a través de la cadena trófica acaban siendo asimilados por el ser humano. Por ello, actividades industriales como la de producción de energía, la minería o de combustibles fósiles tratan de minimizar el impacto ambiental con sistemas de depuración de sus aguas residuales. Un sistema para la eliminación de residuos es el filtrado con membranas. Un equipo de investigación de la Universidad de Valladolid ha logrado implementar una tecnología para conocer la carga eléctrica de estas membranas, que, en último término, permitirá mejorar su capacidad de retener contaminantes en un futuro.

La tecnología se denomina espectroscopia de impedancia. Se basa en conceptos de química y electricidad. La impedancia es un término técnico que hace referencia a la dificultad de que la corriente eléctrica transite por un conductor, una forma de resistencia. Sucede, por ejemplo, en cualquier aislante que protege un cable común de cualquier aparato que funcione por la electricidad.

Un tipo de membrana empleada en el sistema de depuración de aguas residuales de origen industrial tiene una carga eléctrica. Por este sistema, se atraen los iones disueltos en el agua de metales pesados, impidiendo su paso a los cauces naturales. “Las membranas cargadas son más eficientes que otras técnicas de limpieza y la electroscopia ayuda a conocer el grado de éxito de este filtro”, relata el catedrático Pedro Prádanos, del Grupo de Superficies y Materiales Porosos (SMAP), unidad de la Universidad de Valladolid asociada al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) a través del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros de Madrid.

En un trabajo de investigación recientemente publicado en la revista científica Chemical Engineering Science, la UVa, junto a las universidades de Extremadura y Nacional de San Luis (Argentina), ha determinado la carga eléctrica neta de membranas con capacidad de filtrado a escala micrométrica. Para ello, han empleado un microscopio de fuerza atómica, un dispositivo muy sofisticado capaz de detectar fuerzas del órden de nanonewtons y de representar en una pantalla los átomos de carbono de una lámina de grafito, por ejemplo. Con este instrumental, por primera vez se ha podido medir la capacidad de retención de iones de estas membranas.

El catedrático Pedro Prádanos observa en la pantalla una muestra a través de un microscopio de fuerza atómica (a sus espaldas)

Cambio de escala

El desarrollo de la nanociencia está llevando a la industria nuevos y prometedores materiales. En la escala nanométrica, la materia cambia de propiedades. Nanopartículas de oro, por ejemplo, no son doradas, sino verdes. Esta modificación del comportamiento ha traído avances espectaculares en robótica, telecomunicaciones o medicina. También ha llegado a las membranas para el filtrado de aguas residuales. En el mercado ya existen nanomateriales para el cribado de metales pesados para evitar su expulsión a las corrientes naturales. El personal del Departamento de Física Aplicada, sin embargo, ha propuesto regresar a la escala de micrómetro, de un orden mil veces más grande que la del nanómetro.

La razón es la eficiencia. “Nos permite procesar más litros de líquido con la misma cantidad de energía”, explica Prádanos. No obstante, en la industria el uso de membranas para microfiltración todavía es inferior al de nanofiltración.

El grupo SMAP está reconocido por la Junta de Castilla y León como unidad de investigación consolidada, un distintivo para los grupos de investigación de la comunidad autónoa que cuenta con un mayor nivel de calidad y de producción científica. Además del desarrollo de tecnologías para la mejora de membranas de filtrado de aguas residuales, tiene aplicaciones en otros campos, como el de sistemas para separar gases de efecto invernadero.

Bibliografía

Darío Ramón Díaz, Francisco Javier Carmona, Laura Palacio, Nelio Ariel Ochoa, Antonio Hernández, Pedro Prádanos. ‘Impedance spectroscopy and membrane potential analysis of microfiltration membranes. The influence of Surface fractality’. Chemical Engineering Science 178 (2018) 27-38. DOI: https//doi.org/10.1016/j.ces.2017.12.027

Etiquetas depuración, electricidad, materiales pesados

Área - Ciencias Comunicación Reportajes

Almacenamiento de hidrógeno para los coches del futuro

Autor de la entrada Por UVadivulga
Fecha de la entrada 09/01/2018

Almacenamiento de hidrógeno para los coches del futuro

El Grupo de Física de Nanoestructuras de la UVa realiza simulaciones por ordenador en busca de pilas de hidrógeno que muevan vehículos eléctricos. El equipo investiga también la catálisis química a través de nanopartículas, llamada a mejorar numerosos procesos industriales

El material que se busca sería “equivalente a una esponja”, explica el catedrático Julio Alfonso Alonso, “que es capaz de almacenar agua gracias a que tiene poros y pequeñas cavidades, lo que permite que entre el líquido y quede retenido”. En este caso, el objetivo es atrapar hidrógeno, que sería liberado mediante un aumento de la temperatura.

Sin embargo, no se trata de quemar hidrógeno como combustible, sino de emplearlo como parte del sistema de un vehículo eléctrico. La generación de electricidad se conseguiría mediante un proceso químico, al lograr una reacción del hidrógeno en contacto con el oxígeno. Básicamente, el hidrógeno se oxida y los electrones que pierde se transforman en corriente eléctrica para las pilas que moverán los motores eléctricos. El único residuo de esa reacción es el vapor de agua, de manera que este método sería inocuo para el medio ambiente, logrando una propulsión sin emisiones contaminantes.

Hasta ahora el único sistema de características similares emplea bombonas de hidrógeno, pero genera muchas dudas, así que numerosas investigaciones teóricas y experimentales buscan mejorar el método. Desde el punto de vista de la simulación teórica, los científicos de la UVa calculan las características del material poroso que buscan.

“Hoy en día las simulaciones por ordenador son tan sofisticadas que casi equivalen a un experimento de laboratorio, con sus procesos físicos y químicos”, comenta el coordinador del Grupo de Física de Nanoestructuras de la Universidad de Valladolid. Los científicos tienen que analizar cómo sería la interacción del hidrógeno y el material que debe contenerlo, así como la forma de liberarlo posteriormente para generar la corriente eléctrica que movería el coche.

Los científicos trabajan con muchas propuestas, pero aún no han dado con el material definitivo. El Grupo de Física de Nanoestructuras se centra en los carbones porosos, que parecen tener todas las características de “esponja” que serían necesarias. En general, estos materiales de carbono tienen una estructura desordenada, con redes de poros y túneles interiores que los convierten en buenos candidatos para almacenar hidrógeno.

Uno de los materiales formados por carbono más populares es el grafeno, que tiene una sola capa de átomos y podría formar las paredes de los poros de esos futuros “contenedores” de hidrógeno. “Producir carbonos porosos es sencillo y barato, los químicos saben cómo hacerlo a partir de carburos, que son compuestos formados por carbono y un elemento adicional que se puede eliminar”, comenta Julio Alfonso Alonso. Por eso, en su opinión, el verdadero reto no está en producirlos ni en definir una estructura determinada o conseguir que los poros tengan un tamaño adecuado, todos ellos objetivos asequibles, sino en modificarlos mediante procesos físicos o químicos para aumentar su capacidad para almacenar hidrógeno hasta los niveles requeridos por la industria automovilística.

El catedrático Julio Alfonso Alonso, segundo por la izquierda

Catálisis química

El Grupo de Física de Nanoestructuras ha obtenido la calificación de Unidad de Investigación Consolidada por parte de la Junta de Castilla y León, un distintivo que reconoce a los grupos de investigación de la comunidad que cuentan con un mayor nivel de calidad y de producción científica. Aunque el trabajo sobre almacenamiento de hidrógeno ocupa buena parte de su tiempo, los científicos que lo integran desarrollan otra potente línea de investigación en torno a la catálisis química.

“Un catalizador es un material que ayuda a aumentar la velocidad de una reacción sin participar en ella. Por ejemplo, si en la actualidad los coches que tenemos emiten pocos gases nocivos es porque ya cuentan con catalizadores muy buenos”, afirma el catedrático.

La gran novedad en este campo es que los investigadores trabajan con nanopartículas, es decir, esperan desarrollar catalizadores basados en materiales de un tamaño tan pequeño que se puedan medir en nanómetros (la milmillonésima parte del metro). Lo más interesante es que las propiedades cambian en esta escala. “El oro es un material noble, no se oxida, pero si en lugar de tener un gran bloque, lo reducimos a unos pocos cientos de átomos, se convierte en reactivo y es un catalizador muy interesante”, pone como ejemplo el experto.

Las aplicaciones de estos estudios son incalculables porque casi todas las industrias químicas usan catalizadores y mejorarlos a escala nanométrica supone conseguir reacciones más rápidas y más eficientes.

Colaboraciones internacionales

Tanto en la línea de almacenamiento de hidrógeno como en la de catálisis química, este grupo de la UVa mantiene colaboraciones internacionales de primer nivel, en la actualidad, con científicos de Estados Unidos, Bélgica e Israel. En España, mantienen estrechas relaciones con la Universidad de Burgos, el CSIC y la Universidad del País Vasco.

En muchas ocasiones, la colaboración se establece con grupos similares que realizan simulaciones teóricas por ordenador que resultan complementarias para el trabajo que están desarrollando. Otras veces requieren sus servicios grupos experimentales que trabajan en los laboratorios con materiales reales, para quienes resulta imprescindible apoyar sus resultados en la exactitud de los cálculos teóricos. “Nosotros podemos decirles lo que sucede en cada átomo”, apunta el investigador. Para desarrollar estas investigaciones, el Grupo de Física de Nanoestructuras se apoya en la financiación de proyectos nacionales y regionales.

Etiquetas hidrógeno, vehículo

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Un modelo matemático anticipa la formación de glóbulos rojos

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Fecha de la entrada 18/12/2017

Un modelo matemático anticipa la formación de glóbulos rojos

La Universidad de Valladolid colabora en una investigación conjunta para calcular cómo el organismo recupera eritrocitos ante una anemia

Dado que las matemáticas son el lenguaje del Universo, ¿se podría modelizar la naturaleza? La biomatemática trata de dar respuesta a esta pregunta, representando y modelizando procesos biológicos, tanto macros, como el comportamiento demográfico de poblaciones, como micros, como la reproducción de células cancerígenas. Recientemente, un equipo de la Universidad de Valladolid (UVa), en colaboración con la Universidad de Lyon I – Claude Bernard, he mejorado un modelo matemático para anticipar la formación de glóbulos rojos. Esta investigación es relevante para conocer la recuperación de procesos como la anemia, en la que se produce una disminución problemática de estos eritrocitos, como también son conocidas las células sanguíneas portadoras de oxígeno.

La eritropoyesis es el proceso de creación de estos eritrocitos. Sucede en la médula ósea, en el interior de los huesos planos y largos. Existen modelos matemáticos desde hace treinta años que tratan de explicar los mecanismos reguladores de un proceso muy complejo: las producción de glóbulos rojos es constante y el organismo la debe controlar según sus necesidades. Si sucede un episodio de anemia, los riñones lanzan un factor de crecimiento llamado eritropoyetina (EPO) y permite que el porcentaje de los hematíes, otro nombre de los glóbulos rojos, se recupere hasta los valores medios.

Estos modelos matemáticos han ido ganando complejidad con el tiempo. El análisis numérico y la biología avanzan progresivamente gracias a los nuevos conocimientos generados, y ambos representan las dos piernas sobre las que caminan las biomatemáticas. “Es el modelo matemático más complejo al que nos hemos enfrentado”, explica Óscar Angulo, responsable de la investigación. El grupo de investigación de la UVa dispone de personal procedente del Departamento de Matemática Aplicada y se dedican al análisis numérico y ecuaciones en derivadas parciales. “Aquí nos enfrentamos a un problema no lineal y no local de valor inicial y frontera en el ámbito de las ecuaciones en derivadas parciales acoplado con sistemas dinámicos, que debimos resolver”.

Modelo antes de la experimentación

El equipo investigador recaba datos de la vida real que sirven para chequear la eficiencia de modelos desarrollados previamente. Este proceso de validación les ha llevado a colaborar con un laboratorio de biología celular de Lyon. El grupo francés está interesado en conocer la formación de glóbulos rojos. En las últimas fechas, ambos han publicado resultados sobre una investigación conjunta en las revistas científicas Journal of Theoretical Biology y Journal of Computational and Applied Mathematics.

En condiciones controladas, se indujo diferentes niveles de anemia a ratones de experimentación y se les controló el hematocrito, la tasa de globulos rojos en la sangre, los días sucesivos. Las observaciones realizadas por los biólogos lioneses y los resultados del modelo matemático desarrollado conjuntamente encajaban en las gráficas con gran precisión. Gracias a este avance, la evolución de los eritrocitos dentro de un cuerpo podría explicarse con ecuaciones de una manera más exacta. Como cualquier paso dado de investigación fundamental, el trabajo se ha realizado en un modelo animal y la traslación a casos humanos es todavía bastante lejana.

Matemática aplicada

El grupo de investigación reconocido de la UVa tiene casi treinta años de experiencia en desarrollos de matemáticas aplicadas a la vida. Su impulsor inicial, el catedrático Juan Carlos López Marcos, publicó el primer trabajo sobre modelos que explicaban el impulso nervioso a finales de la década de los 80. “Tratamos de resolver modelos y de realizar el análisis numérico de los métodos, pero también estamos interesados en la aplicabilidad de estos trabajos matemáticos. A través de fórmulas se pueden explicar sucesos biológicos en diferentes escalas, desde el comportamiento de plagas, o la evolución de poblaciones de animales, vegetales o humanos, a procesos biológicos internos”, resume el doctor Angulo. Las ciencias naturales tienen en las matemáticas la gramática de ese lenguaje en el que está escrito el Universo.

Bibliografía

Ó. Angulo, O. Gandrillon, F. Crauste. ‘Investigating the role of the experimental protocol in phenylhydrazine-induced anemia on mice recovery’. Journal of Theoretical Biology. 437 (2018) 286-298. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2017.10.031

Ó. Angulo, F. Crauste, J.C. López Marcos. ‘Numerical integration of an erythropoiesis model with explicit growth factor dynamics’. Journal of Computational and Applied Mathematics. 330 (2018) 770-782. https://dx.doi.org/10.1016/j.cam.2017.01.033

Etiquetas anemia, glóbulo rojo, modelo matemático

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Dos satélites precisan el alcance del daño de los incendios forestales

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Fecha de la entrada 27/11/2017

Dos satélites precisan el alcance del daño de los incendios forestales

Las universidades de Valladolid y León integran datos de los sensores a bordo de los satélites Landsat 8 y Sentinel 2 para mejorar políticas de reforestación

Cuatro ojos ven más que dos. La premisa es sencilla, pero a más de 700 kilómetros del objeto de observación, esos ojos, aunque sea por duplicado, tienen que ser muy precisos. A esa distancia orbitan los satélites Landsat 8 y Sentinel 2. A través de sus fotografías, ambos proveen de información valiosa en la gestión forestal de las zonas incendiadas. Las universidades de Valladolid y León han desarrollado un proyecto de investigación para tener una mejor visión de los sistemas forestales tras los fuegos e integran esta información gráfica satelital para ayudar a los gestores a tomar mejores decisiones en la evaluación del daño, la reforestación y otras acciones de recuperación.

La familia de satélites estadounidenses Landsat observan la Tierra desde 1972. En 2013 se lanzó la octava generación, un dipositivo que proporciona imágenes en las que cada píxel representa 30 metros cuadrados de la superficie terrestre. Es una precisión considerable si se tiene en cuenta que sobrevuela el suelo a 705 kilómetros de altura. El aparato revisita la misma zona del globo cada 16 días y capta información en diferentes longitudes de onda, desde el visible del ojo humano al infrarrojo cercano y medio del espectro electromagnético. Cuando se produce un incendio forestal, se puede comparar la situación previa con la posterior, y así establecer el grado de afectación del terreno. Por su veteranía, se ha convertido en un estándar en este tipo de operaciones.

“A pesar de su precisión, el sistema se puede mejorar. A veces, hay nubes u otras condiciones ambientales que reducen las posibilidades de comparar dos imágenes. Esperar dieciséis días a otra pasada del satélite reduce la información, puesto que la vegetación puede cambiar en ese tiempo. Se hacía necesario buscar una alternativa mejor”, explica Carmen Quintano, coautora de la investigación y profesora del Departamento de Tecnología Electrónica y del Instituto de Gestión Forestal Sostenible del campus de la UVa en Palencia.

El equipo investigador se fijó en el programa europeo Sentinel. Más reciente que el estadounidense, se considera uno de los programas de observación terrestre más importantes de la actualidad. El subprograma Sentinel 2 está basado en dos satélites gemelos, lanzados en 2015 y 2017. O uno u otro pasan por el mismo punto del globo terráqueo cada cinco días y su resolución espacial es de entre diez y veinte metros. Este subprograma trabaja en las mismas longitudes de onda que el programa Landsat, por lo que añade longitudes situadas en el límite del rojo, entre el visible y el infarrojo cercano, y por lo tanto, complementarias a las del satélite estadounidense.

Paisaje de Acebo (Cáceres), antes del incendio forestal de 2015

Incendio de Acebo

En un trabajo publicado en la revista internacional International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, el equipo castellano y leonés emplea datos de ambos satélites en un caso real, el incendio forestal de Acebo (Cáceres) de agosto de 2015. En esta zona de la sierra de Gata, el fuego arrasó aproximadamente 8000 hectáreas, en un paisaje dominado por pinos (Pinus pinaster) y rebollos (Quercus pirenaica). Al combinar las imágenes de ambos satélites, el equipo científico observó que, aunque la precisión final de la estimación de daños en la vegetación fuera un poco menor que la obtenida basadas exclusivamente en datos del satélite estadounidense, había más información para comparar la situación previa y la posterior a aquel desastre ambiental.

Este trabajo permite abrir nuevas perspectivas en la gestión del territorio, especialmente en situaciones como las de los incendios forestales. “A partir de mapas de severidad precisos, se pueden establecer políticas de recuperación del terreno que incluyan repoblaciones o evaluación del daño del suelo más adecuadas”, indica Quintano.

Además de esta línea de investigación, la Universidad de Valladolid también trabaja aplicando modelos de mezclas espectrales para evaluación del daño provocado por los incendios forestales. Esta técnica emplea todas las bandas del espectro electromagnético, y frente a las dos o tres bandas empleadas en las estimaciones basdas en índices espectrales.

Daños observados al combinar dos satélites sobre el incendio forestal de Acebo (Cáceres) en agosto de 2015

Bibliografía

C. Quintano, A. Fernández-Manso, O. Fernández-Manso, ‘Combination of Landsat and Sentinel-2 MSI data for initial assessing of burn severity’. Int J Appl Earth Obs Geoinformation 64 (2018), 221-225

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El instrumental creado por la UVa y el INTA para la misión europea a Marte afronta su fase final

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Fecha de la entrada 02/10/2017

A rover named Bridget (provided by Astrium, Stevenage in the UK) is being tested in the Atacama Desert close to ESO's Paranal Observatory. Bridget is part of the SAFER field trials — Sample Acquisition Field Experiment with a Rover. ESA's 2018 ExoMars mission is acting as the reference mission for the trial.

El instrumental creado por la UVa y el INTA para la misión europea a Marte afronta su fase final

El equipo rectoral conoce en las instalaciones de INTA un aparato para rastrear compuestos orgánicos en la superficie marciana. La versión final se entrega a la ESA en la primavera de 2018

El vehículo espacial de la misión ExoMars tiene previsto taladrar el suelo marciano a partir de 2020 con un apéndice que recuerda el aguijón de una abeja. Este perforador se ha creado para detectar trazas de vida pasada o presente en el planeta, y de tener éxito, supondría un hito científico universal. Es la primera vez que se emplea un artilugio de esta naturaleza, capaz de llegar hasta dos menos por debajo de la superficie. Con él, hay un aparato ideado y desarrollado entre la Universidad de Valladolid (UVa) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). El equipo rectoral ha conocido el 30 de octubre de 2017 en Torrejón de Ardoz (Madrid) el modelo empleado en el ensayo final, la última oportunidad para garantizar el éxito de su funcionamiento. Dentro de un mes, comenzará la fabricación de la versión definitiva, para ser entregada en primavera de 2018 a la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés), la que viajará al vecino planetario de la Tierra.

ExoMars es la misión con la que Europa quiere dejar un vehículo de exploración en Marte en 2020. En sus entrañas, el rover dispondrá de un laboratorio analítico con tres elementos fundamentales: un espectrómetro de infrarrojos francés, un analizador de compuestos orgánicos alemán y el dispositivo español, un espectrómetro Raman. A partir de 2018, en un laboratorio de Turín (Italia) comenzará el ensamblaje de todas las piezas para que en 2020 despegue desde el aeródromo ruso de Baikonur (Kazajistán) camino de Marte.

Antes, como si de una obra de teatro se tratase, tiene que realizarse un ensayo final. El equipo liderado por el catedrático Fernando Rull de la UVa ha terminado un modelo de calificación con el que se han realizado todas las pruebas para conocer su capacidad de resistencia a las condiciones marcianas. “Le hemos hecho mil perrerías”, resume el investigador principal del proyecto. El modelo de vuelo, la versión definitiva, viajará sin ensayos, por lo que esta fase es clave. “El aparato final tiene que viajar totalmente limpio de muestras biológicas para evitar la contaminación y de otro tipo de partículas, por lo que no es posible probar sus capacidades. Por eso han sido importantes todos los ensayos que hemos desarrollado en el modelo de cualificación”, explica. Durante el mes de noviembre, esta versión beta será enviada a la ESA y, a partir de entonces, comenzará la hora final de la fase de fabricación.

El vicerrector de Investigación, José Ramón López, y el rector de la Universidad de Valladolid, Daniel Miguel San José (primero y segundo por la izquierda) ,asisten a una explicación en el INTA

Raman

El instrumento Raman consiste en tres unidades: un láser que ilumina las muestras a analizar, un espectrómetro que describe los componentes químicos de cada roca estudiada y un cabezal óptico que enfoca el láser. “El desafío técnico que afronta esta espectroscopia es que la fracción de luz que contiene la información atómico-molecular de la muestra iluminada es del orden de la mil- millonésima parte de la luz que emite el láser”, explica Rull.

En su amartizaje y durante su vida en ese planeta, el vehículo y todo su equipamiento soportará condiciones drásticas (impactos a mil veces la fuerza de gravedad terrestre, ciclos térmicos entre -80º y 120º de la noche al día y otras vicisitudes propias de la exploración de un planeta pedregoso y hostil). Los otros instrumentos de los laboratorios, tanto convencionales como avanzados, no tienen esa vida tan dura, por lo que es necesario testear profundamente un prototipo gemelo al que viajará por el Sistema Solar.

El proceso ha concluido con éxito. “El modelo de calificación ha pasado todas las pruebas y será integrado en breve dentro del laboratorio analítico y posteriormente en el rover para realizar ensayos de conjunto de todos los sistemas ensamblados”, avanza Rull, que también coordina un equipo internacional con Francia, Reino Unido y Alemania como socios.

El equipo español comprende dos instituciones principales, la UVa y el INTA. En instituto dependiente del Ministerio de Defensa se lleva a cabo el desarrollo tecnológico que comprende, diseño, fabricación y todos los ensayos y verificaciones. Desde la institución académica se ha realizado la dirección general del proyecto, el desarrollo del sistema de calibración, los algoritmos de operación y toda la ciencia asociada para complementar la operación en Marte.

Maqueta del vehículo de la misión ExoMars en un ensayo en el desierto de Atacama

Visita institucional

El rector de la Universidad de Valladolid, Daniel Miguel, y el vicerrector de Investigación, José Ramón López, han conocido el aparato en el Centro de Astrobiología del INTA de la mano de Fernando Rull. La visita ha incluido una reunión con el responsable de la subdirección general de programas espaciales, Ángel Moratilla, y el director del Departamento del Programa Espacial de esta institución, Fernando González. Además de la explicación del aparato, el equipo rectoral ha tenido la oportunidad de conocer la situación del convenio de colaboración entre ambas instituciones.

La colaboración INTA-UVA tiene una larga tradición de más de 15 años y se ha canalizado a través de la Unidad Asocia UVA-CSIC al Centro de Astrobiología (un centro mixto INTA-CSIC) y más recientemente bajo el amparo de un convenio marco UVA-INTA en trámite de firmas finales.

2020 será un año clave en la exploración marciana. También la NASA quiere llevar un rover al planeta rojo. Y dentro de él, también hay un dispositivo creado por el equipo de Fernando Rull.

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Un proyecto europeo desarrolla nuevos hidrogeles para aplicaciones biomédicas

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Fecha de la entrada 04/07/2017

Un proyecto europeo desarrolla nuevos hidrogeles para aplicaciones biomédicas

El grupo Bioforge de la Universidad de Valladolid participa en un consorcio junto a varios países europeos. La iniciativa se centra sobre todo en la formación de jóvenes científicos que viajarán por distintos laboratorios punteros para realizar su tesis doctora

El grupo de investigación Bioforge de la Universidad de Valladolid participa en un proyecto europeo del programa Horizonte 2020 denominado Biogel junto a otros científicos de Alemania, Países Bajos, Austria, Grecia y España. El trabajo que desarrollan se centra en la ingeniería de hidrogeles sensibles para diagnósticos y terapias en el ámbito biomédico.

Los hidrogeles son materiales con alto contenido en agua y formados por entramados moleculares que dejan huecos que pueden ser rellenados por agua. Esto le confiere unas propiedades de gran elasticidad y resistencia, siendo especialmente adecuados para algunos usos, como el biomédico.

“Nuestra tarea consiste en desarrollar nuevos materiales para formar estos hidrogeles, es decir, la parte que no es agua, que debe ser funcional y tener unas propiedades determinadas para que pueda interactuar con células o fármacos, por ejemplo”, explica José Carlos Rodríguez Cabello, director del grupo Bioforge. De hecho, el sector biomédico es el campo con mayores aplicaciones, puesto que de algún modo “todos los tejidos biológicos son similares a los hidrogeles”, asegura.

En este sentido, el proyecto europeo Biogel trabaja sobre conceptos básicos para entender mejor sus propiedades físicas, químicas y biológicas, es decir, sobre cómo funcionan molecularmente. Sobre estos conocimientos, servirá también para fabricar nuevos hidrogeles en áreas donde existen problemas aún no resueltos tecnológicamente. Para ello, “intentamos comprender cómo funcionan los hidrogeles biológicos en las células y fuera de ellas”.

Se trata de “buscar inspiración” en los tejidos biológicos y aplicar esos conocimientos para desarrollar nuevos hidrogeles sintéticos en áreas como la ingeniería de tejidos o medicina regenerativa, para la dosificación de fármacos y otras aplicaciones relacionadas con la nanomedicina, es decir, la medicina a muy pequeña escala.

Jóvenes investigadores
Aparte de la labor investigadora, el proyecto tiene un importante componente formativo, ya que se incluye dentro de las acciones Marie Skłodowska-Curie Innovative
Training Networks (ITN-ETN) de la Comisión Europea, cuyo objetivo principal es la formación de jóvenes científicos que van a realizar su tesis doctoral en campos estratégicos del conocimiento.

Con un presupuesto global de más de 3,5 millones de euros, de los que la UVa recibe casi 250.000, la idea es aprovechar las sinergias de grupos de investigación muy potentes que se unen para formar el consorcio internacional. De esta forma, los futuros doctores pueden moverse por varios laboratorios y obtener una formación multidisciplinar. En este caso, se contratan 14 jóvenes investigadores que se reparten entre los socios del proyecto –al menos seis de ellos pasarán por Valladolid- y realizan reuniones periódicas entre sí para compartir sus avances.

Aplicaciones prácticas

El proyecto arrancó hace poco más de un año y tiene prevista una duración de cuatro, de manera que se prolongará hasta finales de 2018. Dentro del consorcio se incluyen empresas, como la vallisoletana Technical Proteins Nanobiotechnology, ya que uno de los objetivos es que la investigación no pierda de vista la transferencia de resultados, de manera que el trabajo se vea reflejado en aplicaciones prácticas para el mercado.

En el campo de las terapias celulares, es decir, los tratamientos que utilizan las células como agente terapéutico, los hidrogeles pueden servir para “ayudar a las células a encontrarse”. Un ejemplo puede ser la regeneración de tejidos cardiacos, cartílagos,
nervios o vasos sanguíneos. “La terapia celular siempre requiere un hidrogel, con una actividad biológica controlada y mínimamente invasivo”, apunta el experto, ya que la labor de este elemento es servir de vehículo “para que las células lleguen donde deben y no se vayan”.

Para ello, los hidrogeles se tienen que mimetizar con su entorno y una estrategia para conseguirlo es que estén formados por proteínas sintéticas. Tras estudiar cómo funcionan los tejidos biológicos, los investigadores se proponen realizar “versiones simplificadas de las proteínas naturales” que puedan tener justo las propiedades que se buscan consistirán los materiales avanzados que formarán los nuevos hidrogeles
en desarrollo y que serán producidos por técnicas biotecnológicas.

“Pensamos en una composición y tratamos de fabricar el ADN sintético que
produciría ese compuesto en un ser vivo”, apunta el coordinador del grupo Bioforge. “Es una manera de tener materiales sofisticados a un coste reducido y en un tiempo récord”, agrega. Aunque en la actualidad ya existen diversos hidrogeles destinados a aplicaciones biomédicas, generalmente están constituidos por componentes muy básicos, más orientados, por ejemplo, al transporte de fármacos, y que fallan en aplicaciones más avanzadas como las que se propone este proyecto europeo.