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Ciencia & Tecnología

La química y su huella en la humanidad

Un grupo de científicos colombianos pertenecientes a la Universidad Nacional seleccionó los cinco hitos más importantes de esta ciencia a propósito del Año Internacional de la Química.

Bogotá D. C., 15 de junio de 2011Agencia de Noticias UN -

Han pasado cien años desde que Marie Curie recibió el Premio Nobel de Química.

Aún no se ha descubierto todo el misterio del ADN.

Fulerenos, la inspiración de la nanotecnología

Harold Kroto, Robert Curl y Richard Smalley recibieron el Premio Nobel en 1996 por descubrir los fulerenos.

Los investigadores trataban de simular las condiciones espaciales y por azar encontraron algo que no estaban buscando: la tercera forma alotrópica del carbono (tras el diamante y el grafito), llamada fulereno (C60). El hecho causó gran impacto en la comunidad científica en 1985.

Esta molécula, de forma casi esférica y hueca por dentro, es capaz de atrapar radicales libres. Pero esa es solo una de sus múltiples funciones, pues ya se habla sobre su uso en celdas para aumentar la captación solar y convertirla en energía eléctrica, y algunas farmacéuticas la emplean en la elaboración de cremas dermatológicas. En 1995, un gramo de fulereno costaba 1.500 dólares, hoy cuesta 30 dólares.

El descubrimiento de dichas partículas les permitió a los científicos interesarse en los materiales a escala micro y llegar directo a otro gran hallazgo, los nanotubos de carbonos, muy livianos pero más resistentes que el acero, con lo cual se inició el camino a la próxima revolución industrial: el desarrollo de la nanotecnología.

En el 2010, la agencia europea regulatoria aprobó la introducción de nanopartículas en las células cancerosas, que son destruidas selectivamente empleando un campo magnético y calor. Contrario a lo que ocurre con la quimioterapia, el uso de dicha técnica no tiene contraindicaciones ni efectos secundarios.

En Colombia, Colciencias tiene registrados 20 grupos de investigación en este campo. Por su parte, científicos de la UN adscritos al Centro Internacional de Física (CIF) desarrollan un sistema de liberación de nanopartículas como agentes de control de la polilla guatemalteca, plaga de la papa, en un proyecto con el Ministerio de Agricultura.

La radiactividad


Marie Curie recibió el Nobel en 1911 por descubrir el polonio y el radio,
aunque el hallazgo de la radiactividad (emisión de rayos alfa, beta y gamma) se le atribuye al francés Henry Becquerel, quien midió, cuantificó y utilizó con una gran habilidad experimental esta nueva técnica.

Hoy la radiactividad es empleada en diversos campos. Por ejemplo, en la detección de posibles fisuras, quebraduras u oxidación de los oleoductos, a través de la gammagrafía. También en detectores de humo para prevenir incendios, pues permite medir la densidad del aire a través de las partículas alfa.

Su principal aplicación se da en el campo de la medicina. Así lo demuestran las tomografías por emisión de positrones, un procedimiento diagnóstico que emplea los rayos gamma para procesar imágenes tridimensionales, incluso de áreas difíciles como el cerebro.

Sin embargo, el uso más conocido de la radiactividad se da en la generación de energía eléctrica a través de reactores nucleares.

Según Luis Fernando Cristancho, experto en física nuclear del CIF, “Colombia tiene décadas de retraso en la comprensión y uso de estas radiaciones. El único reactor que existe llegó por una donación que hizo Estados Unidos a naciones en vía de desarrollo, y actualmente se encuentra en la antigua sede del desaparecido Instituto de Asuntos Nucleares. A este pequeño artefacto, que no genera energía sino que fue diseñado solo para investigación, es difícil acceder”.

ADN: descubren parte de su misterio


Walter Gilbert y Frederick Sander fueron galardonados con el Premio Nobel en 1980 por sus contribuciones a la determinación de secuencias de bases en ácidos nucleicos.

Los organismos tienen en sus células un componente central que es el ADN, reservorio del código genético que hace factible que un organismo sea viable, pueda desarrollar su ciclo de vida y reproducirse.

Una molécula de ADN está formada por una organización secuencial de nucleótidos, que tienen unos compuestos orgánicos denominados adenina, guanina, citosina y timina. La manera en que están unidos dichos nucleótidos hace que un organismo sea diferente de otro, y así el orden de esos cuatro compuestos constituye la secuencia.

Esta ardua labor les implicó a los científicos diseñar estrategias químicas. La de Sander tenía la característica particular de poder automatizarse, y ello permitió la fabricación de máquinas que podían secuenciar millones de nucleótidos en un día, proceso que antes se demoraba meses.

En Colombia, el Instituto de Genética de la Universidad Nacional cuenta con el servicio de secuenciación y análisis molecular de ADN, que permite determinar si una persona está predispuesta a sufrir una enfermedad debido a una mutación en sus genes.

De igual manera, se hacen análisis de paternidad y se investigan genes involucrados con patologías como Alzheimer y Parkinson.

El estudio de los genes también se ha desarrollado en otros campos como la agronomía. “Por ejemplo, si se quiere determinar el tipo de hongo que afecta un producto como la papa, es posible hacer la lectura detallada de su ADN estudiando un fragmento del tubérculo. Esta información se compara con una base de datos internacional llamada GenBank, que contiene secuencias consolidadas de diferentes especies, y así se detecta la afección”, explica Paul Bloor, investigador del instituto.

La secuenciación también permite mejorar funciones como hacer resistente una planta a las plagas o optimizar las características de la carne y la producción de leche en las vacas, temas que son motivo de investigación en la UN.

La resonancia y su encuentro con la química


Richard Ernst recibió el Nobel en 1991 por su aporte al desarrollo de la espectrometría de resonancia magnética nuclear de alta resolución.

Cuando muchos núcleos son sometidos a un campo magnético se comportan como pequeños imanes que difieren en la orientación y generan campos magnéticos débiles que, al ser estimulados por las ondas de radiofrecuencia, salen de su alineamiento normal. Cuando el estímulo se suspende, los protones regresan a su posición original, liberando energía que se transforma en señales de radio para ser captadas. Ese es el principio de la resonancia magnética.

Esta técnica se aplicó por primera vez en la determinación de la estructura molecular de los compuestos, proceso que antiguamente podía demorarse hasta cien años. Hoy, con los instrumentos modernos de resonancia, solo se requieren tres días. Su mayor aplicación se da en medicina para hacer imágenes diagnósticas y como complemento de las tomografías por rayos X.

En la industria alimenticia, estos equipos son clave para medir la grasa total de productos como leche en polvo, aceite de semillas, chocolate, etc. y la humedad residual de aquellos que deben permanecer almacenados. Entre tanto, las empresas farmacéuticas calculan la toxicidad y eficacia de los medicamentos con este sistema.

Carbono 14 y el desciframiento de la antigüedad


A Willard Frank Libby le fue concedido el Nobel en 1960 por su método para usar carbono 14 (C14) en la datación de la edad en arqueología, geología, geofísica y otras disciplinas.

Libby evidenció que las partículas subatómicas que bombardean la tierra constantemente reaccionan con los átomos de nitrógeno de la atmósfera y producen átomos de C14 o radiocarbono, un isótopo (átomos con el mismo número atómico, pero diferente masa atómica) inestable que se desintegra a un ritmo constante. El científico calculó que para que se descompusiera la mitad de C14 de cualquier muestra, se necesitaban 5.568 años. De este modo se ha podido datar desde la edad de una planta hasta un tejido animal o humano. ¿Cómo? Midiendo la cantidad de radiocarbono restante en la muestra.

En Colombia se hicieron ensayos de datación con C14 en la década del 70. Sin embargo, el análisis de muestras arqueológicas adelantado en el Instituto de Ensayos Nucleares de la UN resultó poco concluyente. Desde entonces no se han vuelto a hacer mediciones con esta técnica.

Actualmente existe otra herramienta denominada Resonancia Paramagnética Electrónica, la cual ha permitido a los investigadores del Laboratorio de Física Aplicada de la UN precisar datos de los primeros cazadores recolectores que habitaron el país entre doce mil y tres mil años atrás.

Lo anterior reemplaza la datación por C14, pues permite analizar muestras de esmalte dental y determinar con bastante exactitud el tiempo en que vivieron los seres humanos de la prehistoria.

(Por: Fin/hes/lmp/lrc
)
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