• Viernes, enero 19, 2018

Reunir lo teórico y lo experimental, un camino a la innovación

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/008/18
Ciudad de México, 12 de enero de 2018

  • La investigación en el campo de los coloides es la especialidad de Ramón Castañeda, en donde busca crear modelos mucho más realistas y completos; los coloides son ampliamente usados en las industrias farmacéutica, alimentaria, pinturas y recubrimientos, y cosméticos.
  • El doctor en física considera que en ciencia es importante tener un entendimiento profundo a través de combinar aspectos teóricos, computacionales y experimentales porque se pueden utilizar para el desarrollo e innovación tecnológica.
En la imagen: Sistemas coloidales con los que trabaja el investigador Ramón Castañeda en el Departamento de Ingeniería Física, División de Ciencias e Ingenierías en la Universidad de Guanajuato.
En la imagen: Sistemas coloidales con los que trabaja el investigador Ramón Castañeda en el Departamento de Ingeniería Física, División de Ciencias e Ingenierías en la Universidad de Guanajuato.
Foto: cortesía Dr. Ramón Castañeda.
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Ramón Castañeda Priego es un investigador de la División de Ciencias e Ingenierías de la Universidad de Guanajuato que considera muy afortunado para la ciencia poder conjuntar el trabajo teórico que se produce en la investigación científica y el que se lleva a cabo en la parte experimental pues permite generar un conocimiento más profundo e integral de la naturaleza.

El ganador del Premio de Investigación 2016 de la Academia Mexicana de Ciencias en el área de ciencias exactas realiza principalmente investigación teórica, pero “siempre me ha gustado colaborar con colegas experimentales porque las aproximaciones y los modelos que se construyen son más realistas y resulta un producto mucho más completo debido a que en ocasiones no existen los modelos teóricos para los experimentos”.

Castañeda Priego comentó que en este contexto ha contribuido con su trabajo en tres grandes áreas: coloides expuestos a campos externos para el autoensamblaje dirigido, donde se utiliza un campo externo para perturbar el medio; las interacciones efectivas entre coloides y los mecanismos para entender los procesos que dan origen a algunos estados de no-equilibrio de la materia, como geles y vidrios.

Trabajo con coloides
Para una mejor comprensión de su labor como científico, el doctor en Física por el Cinvestav explicó que los coloides están presentes en una gran variedad de sistemas biológicos, químicos y físicos. “Un coloide se puede entender como un objeto microscópico (de unas decenas de nanómetros hasta unas cuantas micras) que está suspendido en un medio que se asume continuo, como el agua, y al estar inmerso en este medio experimenta colisiones con las moléculas huésped que le imparten un movimiento ´errático´ denominado movimiento Browniano. Los coloides no solo son esféricos, pueden poseer una gran diversidad de formas y tamaños lo que define sus escalas de tiempo y energía”.

En los últimos años los coloides se han utilizado como sistemas modelo porque permiten entender procesos fundamentales en sistemas atómicos o también para dilucidar problemas en la física de materia condensada blanda. El éxito de los coloides que se utilizan como sistemas modelos bien controlados reside en el hecho de que las interacciones relevantes entre ellos se pueden ajustar fácilmente, y la posición coloidal es accesible por medio de técnicas ópticas, permitiendo una comparación directa con simulaciones por computadora y cálculos teóricos.

El investigador concluyó hace seis meses una estancia sabática en el Center for Neutron Research del National Institute of Standards and Technology, en Gaithersburg, Maryland, Estados Unidos, donde colaboró con Yun Liu, experto en líneas experimentales de métodos para caracterizar materiales blandos, de manera específica la caracterización de las propiedades estáticas y dinámicas a través de dispersión de neutrones, una línea de investigación que ha desarrollado durante toda su carrera.

Los coloidales, al ser una clase particular de materiales blandos, se emplean cotidianamente en medicinas, alimentos, pinturas, cosméticos, incluso en petróleo. Poseen características interesantes, una de ellas es que bajo ciertas condiciones físicas se autoensamblan formando una gran diversidad de estructuras y estados termodinámicos, lo cual les otorga un potencial de uso tecnológico o para desarrollar innovación tecnológica.

También los coloides son fácilmente deformables, se le emplea como sistemas modelo para responder preguntas de física o de ciencia básica. Un ejemplo de ello es en lo que trabajó Ramón Castañeda en su estancia sabática, así como en los posibles alcances de su proyecto.

“Hemos estado colaborando para entender las propiedades de agregación reversible de coloides; reversible significa que el estado de agregación no es permanente, sino que los coloides pueden regresar a su estado inicial antes de agregarse en cúmulos de cierto tamaño y forma. También trabajamos con proteínas, porque resulta que hoy muchos de los medicamentos o los fármacos que se desarrollan dentro de la industria farmacéutica están hechos a base de proteínas y queremos entender los mecanismos de agregación y la dinámica de este proceso en el caso de proteínas”, apuntó el investigador.

Además, los coloides comparten características que tienen sistemas más complejos como las proteínas, los virus o los polímeros, y tienen la ventaja que se pueden sintetizar y caracterizar. La información que se extrae de los modelos coloidales se puede usar para entender a las proteínas. Por ejemplo, lo cual resulta importante por las posibles aplicaciones en el campo de la salud, un caso podría ser que al inyectar un medicamento en una persona el torrente sanguíneo experimenta esfuerzos mecánicos o fuerzas que hacen se modifique su estado de agregación y al transformarse la proteína puede llegar a cambiar sus propiedades para las que fue desarrollada.

Ramón Castañeda agregó que, en el caso del desarrollo de fármacos, si se conoce qué tan estables son bajo ciertas perturbaciones mecánicas y cómo se autoensamblan se pueden diseñar medicamentos inteligentes mucho más eficientes porque se podrían dirigir de manera precisa al lugar donde se encuentra la enfermedad con ello se tendrían mejores resultados en el paciente.

Desde la perspectiva del físico, en ciencia es importante tener un entendimiento profundo, mucho más completo, a través de combinar los aspectos teóricos y computacionales con los experimentales, porque una vez que se comprende la naturaleza o cierta fracción de ella en los sistemas que se están investigando se puede utilizar para el desarrollo e innovación tecnológica. “En esa ruta he formado a estudiantes que se interesan en estas líneas de investigación, ya que se genera conocimiento multidisciplinario y desarrollan habilidades científico-tecnológicas que los hacen mucho más competitivos”.

Elizabeth Ruiz Jaimes.

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