AGENDA
11 / 05 / 2023
Roberto Lavín es director del Instituto de Ciencias Básicas de la Facultad de Ingeniería y Ciencias y lidera el trabajo del Laboratorio de Investigación en Nanotecnología, ambos ubicados en Ejército 441, lugar desde donde han surgido sus principales líneas de investigación.
Un nuevo brazo surgió en 2020 al incorporarse como investigador adjunto al Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnología (CEDENNA), del cual nuestra Casa de Estudios es parte junto a otras 13 universidades chilenas. También, en 2020, fue uno de los ganadores de UDP Inventa de Factoría, adjudicándose la formulación y solicitud de patente de la invención “Hormigón liviano estructural nanotecnológico”.
Sus líneas de investigación en nanotecnología se enmarcan en nanocompuestos, nanotecnología en energía, materiales constructivos nanotecnológicos y nanoestructuración de superficies. En esta entrevista, el Doctor en Ciencias con mención en Física profundiza sobre estos y otros temas relacionados.
La nanotecnología -como se entiende ahora- es un área que posee entre 10 y 15 años de investigación científica (académica) en Chile. Los físicos y los químicos llevan más tiempo en esto, debido a que ellos, intrínsecamente, se dedican a estudiar el comportamiento y la estructura de la materia en el nivel submicrométrico. Muchos físicos y químicos chilenos llevan décadas estudiando la estructura y las propiedades de la materia a esta escala nanométrica y más pequeña aún (la escala cuántica). Paulatinamente, se han ido incorporado investigadores de las áreas de la ingeniería, medicina, biología, entre otras áreas. En parte, la investigación en nanotecnología en el mundo y en Chile era inevitable a partir del establecimiento de las leyes cuánticas de la materia. Sin embargo, hay hitos concretos que permiten establecer fechas sobre la nanotecnología en Chile. Uno de estos es la formación -hace poco más de 10 años- del Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y Nanotecnología (CEDENNA), del cual soy investigador asociado y cuya directora es nuestra recién incorporada Vicerrectora de Investigación e Innovación, Dora Altbir, Premio Nacional de Ciencias Exactas 2019. Ella lideró este proyecto que aglomera científicos de diversas universidades a lo largo de nuestro país, con muy buenos resultados en el ámbito de producción de conocimiento, formación de profesionales, especialistas de posgrado y, por supuesto, aplicaciones tecnológicas concretas.
Entre los principales desafíos de la nanotecnología -en Chile- está el resolver las problemáticas locales que afectan a la industria y al ámbito público. En Chile hay muy buenos investigadores del ámbito de la nanotecnología, que están haciendo aportes relevantes a problemáticas nacionales como la marea roja, el ámbito constructivo, contaminación, la minería, energía, entre otras aplicaciones contingentes a Chile y el mundo. En este sentido, el desafío abarca no solo a la academia, sino también al sector privado y el ámbito público, que deben incorporar en sus inversiones y procesos la investigación tecnológica desarrollada por estos investigadores. En Chile ya existen las capacidades para resolver localmente diversos problemas tecnológicos del ámbito privado y público, que tienen la capacidad de impactar fuertemente el desarrollo del país. Basta con mirar las estadísticas de publicaciones WOS chilenas relativas a nanociencia y nanotecnología, y los avances que ha realizado CEDENNA en este ámbito. Los científicos lo han hecho muy bien, ahora es tiempo de que la industria tome estas iniciativas y las potencie.
La nanotecnología está generando, permanentemente, soluciones en casi todos los ámbitos de desarrollo tecnológico humanos. Prácticamente, no conozco un área de desarrollo tecnológico en la cual la nanotecnología -al menos a nivel de investigación avanzada- no esté involucrada. Está dando muy buenos resultados en medicina, farmacología, manejo de contaminantes, materiales funcionales e inteligentes, recubrimientos, electrónica, computación, etc. Las áreas más avanzadas en el mundo, probablemente, son las áreas de la micro y nanoelectrónica (los actuales computadores, televisores, etc.), el área de la aplicación en tratamientos médicos y la industria de los dopantes (farmacología, cosmética, etc.). Las nanopartículas tienen propiedades muy particulares que solo se dan en esta escala, como la alta resistencia mecánica, altísima conductividad eléctrica, propiedades ópticas, etc., que las hacen perfectas para modificar las propiedades de los materiales constructivos. Un ejemplo de esto es la posibilidad de fabricar hormigón conductor eléctrico, autosensante de cargas, translúcido, antisuciedad, fotocatalítico, hidrofóbico, etc., a partir de la adición de nanomateriales en el hormigón. Locamente, tenemos el desafío de mejorar la aislación térmica de este material (hormigón), ya que las construcciones habitacionales actuales no cumplen con altos estándares de eficiencia energética, debido a que el hormigón no es un aislante térmico. Esto está directamente relacionado con las normativas nacionales y con los costos asociados a la industria de la construcción.
Los nanomateriales tienen propiedades diferentes a los mismos compuestos en la macroescala. Un ejemplo de esto es el oro o el carbono. El oro, por ejemplo, a escala macro es amarillo y radiante, mientras que a escala nanométrica es violeta o azul (dependiendo del tamaño y forma), y mucho más reactivo que en escala macro. Por otro lado, el carbono a escala macro, es un mal conductor térmico y es aislante eléctrico, además de tener baja resistencia mecánica. Mientras que en la nanoescala es altamente conductor eléctrico y posee resistencias mecánicas altísimas. Esto tiene que ver -entre otras consideraciones- con la cantidad de átomos que pueden interactuar con el entorno en la materia: en la escala nanométrica la cantidad de átomos disponibles para interactuar con el entorno es muchísimo mayor que en la escala macroscópica, por lo cual sus propiedades físicas y químicas son muy diferentes y muchas veces están exacerbadas. Todo esto, además, se puede lograr con pequeñas modificaciones en la forma, tamaño y composición de los nanomateriales, y que al incorporarse en macromateriales pueden modificar fuertemente sus propiedades. Y todo esto, además, con bajísimas dosis de nanomateriales. En este sentido, los nanomateriales son muy eficientes y potentes. Pueden cambiar drásticamente el comportamiento de un sistema con una bajísima cantidad de nanomateriales.
La nanotecnología está muy presente en nuestra vida cotidiana. Aunque la gente no lo sepa, está hace décadas en nuestras vidas. Un ejemplo de esto, son los computadores, que hace bastante tiempo ya utilizan nanoestructuras para funcionar. De aquí la alta capacidad de almacenamiento de datos en pequeños discos. Los mismos procesadores de los computadores y las pantallas de los monitores y televisores actuales funcionan con nanotecnología. Otro ejemplo, presente hace bastante tiempo en nuestras vidas es la industria de los cosméticos, la farmacológica, y otras como los recubrimientos (pinturas). Un ejemplo particular e interesante, y que está hace varias décadas ya en nuestras vidas, son los tests de embarazo. Estos funcionan con nanopartículas de oro, las cuales en contacto con agua se ven a nuestro ojo como rosáceas o azules, por eso los test rápidos de embarazo son tan efectivos y rápidos, gracias a la nanotecnología. Imaginémonos un mundo donde tengamos tests rápidos y de bajo costo para el cáncer, las infecciones virales, bacterianas, y otras enfermedades, que se puedan comprar a bajo costo y en una farmacia. Sería un mundo increíblemente diferente, en términos de salud y costumbres probablemente.
En mis investigaciones en nanotecnología, hemos hallado métodos para mejorar y controlar la absorción de fotones en materiales como el silicio (material del cual se hacen los paneles fotovoltaicos), lo que permitiría realizar nanoingeniería de celdas fotovoltaicas, entre otras aplicaciones. También, hemos hallado métodos de incorporación de nanoestructuras en asfalto, que son capaces de alargar sustantivamente la vida útil de una carretera asfáltica (algo que al Estado le debería importar mucho). También hemos investigado para dotar de propiedades antimicrobiales (algo muy relevante para el control de infecciones) a diversos materiales orgánicos (como la madera) e inorgánicos (como polímeros y el cemento), entre otras investigaciones. Una de ellas es la posibilidad de generar hormigón liviano estructural, el cual posee 3 veces más aislación térmica que el hormigón común, manteniendo niveles de resistencia mecánica en el orden de lo estructural (bajo la norma chilena). Algo hasta ahora inexistente.
Este proyecto consistió en la investigación científica-tecnológica tras el objetivo de diseñar un material a base de hormigón que tuviese una aislación térmica del orden de los materiales considerados comúnmente como aislantes térmicos, los cuales son muy livianos y de baja densidad, como la fibra de vidrio y el plumavit, pero con la materialidad y resistencia mecánica del hormigón típico. En la práctica del laboratorio, esto involucra entender cómo funcionan los nanomateriales y cómo deben incorporarse a un material específico como el cemento. Se estudiaron una gran diversidad de nanomateriales y métodos para lograr una formulación específica que permitiese lograr este objetivo. Esto suena muy sencillo, pero en realidad involucró varios años de investigación y muchísimas horas de ensayos. Hay una gran cantidad de variables físicas y químicas que se deben controlar para que funcione de manera adecuada.
Esta tecnología tiene el potencial de impactar drásticamente al sector constructivo e inmobiliario, debido a que puede solucionar una problemática compleja de resolver con materiales clásicos: la relación entre eficiencia energética, resistencia mecánica y costos de construcción. La problemática que existe hoy, en relación con construcciones habitacionales de hormigón, es que para mejorar la aislación térmica de estas estructuras se deben engrosar las paredes o bien recubrir con materiales livianos que no son estructurales, lo que causa en ambos casos costos adicionales sustantivos, mayores tiempos de construcción y pérdida de área constructiva. Si somos capaces de generar un hormigón aislante, pero de buena resistencia mecánica, este problema se soluciona.
Este proyecto fue desarrollado desde sus inicios con CEDENNA y la UDP. Partí este proyecto en mi laboratorio de nanotecnología en la Facultad de Ingeniería y Ciencias y CEDENNA fue la institución que financió junto con la UDP, esta investigación. De hecho, los 2 alumnos involucrados en este desarrollo están actualmente terminando sus doctorados en el área de materiales y nanotecnología, uno en una universidad nacional y otro en Barcelona (Alejandro Ángel y Paulo Araos).
Nuestra investigación con nanomateriales sin duda seguirá avanzando. Actualmente, estamos trabajando en diversos otros proyectos: materiales antimicrobianos, dopantes y recubrimientos para la madera, polímeros mejorados con nanopartículas, búsqueda de métodos para aumentar la eficiencia de los colectores solares e inclusive en nanotintas; tintas a base de nanopartículas que pueden imprimir circuitos eléctricos en papel y otros materiales, en pocos minutos. También hemos sostenido conversaciones con investigadores del área de la salud para la búsqueda de métodos de control de las infecciones intrahospitalarias, entre otras cosas. En el ámbito constructivo, algo que tenemos en perspectiva cercana -y que sabemos que podemos desarrollar- es el hormigón antimicrobiano. Este es un tema muy importante, ya lo sabemos por el COVID, pero también porque es una de las causas más importantes de muertes intrahospitalarias. Este último es un tema mundial.
Dentro de la Universidad hay muchísimo potencial para el desarrollo de la nanotecnología. Evidencia de esto son los primeros pasos dados junto con CEDENNA, para la creación de un núcleo de nanotecnología UDP, el cual involucrará a CEDENNA directamente. CEDENNA es el centro de investigación más importante del país y Latinoamérica en esta área, y contar con su asociación es fundamental para el desarrollo de esta área en nuestra Universidad. Hay mucha potencialidad en esta área, ya que es altamente productiva, dinámica, multidisciplinaria y permite resolver problemas contingentes en todas las áreas tecnológicas humanas. Evidencia de esto es que los países más desarrollados del mundo la declararon, mucho antes que nosotros, como una de las áreas prioritarias del desarrollo industrial y económico por su potencial de generar una nueva revolución tecnológica de nivel mundial. Estos países han invertido gran parte de su PIB para el desarrollo de esta área. Simplemente, aquellos países y entidades que no se involucren con está disciplina quedarán fuera de una parte importante del mercado industrial actual y futuro.
