Materiales con actividad biológica
En el Laboratorio de Superficies y Materiales Funcionales los investigadores sintetizan y caracterizan materiales con actividad biológica. Para ello confinan sustancias biológicas en matrices inorgánicas porosas, formando un ensamble con características propias.
Detectar sustancias tóxicas en cursos de agua o incluso degradar esos contaminantes utilizando organismos vivos pueden resultar medios eficaces de intervenir en el ambiente en forma temprana, sin agregar en ellos otras sustancias que puedan provocar más contaminación.
Existen microalgas sensibles a ciertos contaminantes y otros organismos que son capaces de degradar sustancias tóxicas. Pero dejarlos “sueltos” en el agua podría no ser la solución adecuada. Por eso, una de las líneas de investigación llevada adelante por Mercedes Perullini, Matías Jobbágy y Sara Aldabe Bilmes en el Laboratorio de Superficies y Materiales Funcionales aborda la síntesis y caracterización de materiales con actividad biológica. “Las funciones biológicas que puede realizar un organismo vivo, incluso un microorganismo unicelular, son muy específicas y refinadas, y superan lo que se puede lograr a partir de la síntesis química tradicional. Obtener materiales con funciones tan diversas como las biológicas es lo maravilloso de nuestra línea de trabajo. Obtenemos estos materiales por encapsulación de células vivas en matrices porosas de óxidos inorgánicos, principalmente óxido de silicio (compuesto químico principal del vidrio). Así se logran materiales con funciones muy sofisticadas”, afirma Perullini.
Encapsulando microalgas sensibles a sustancias tóxicas, por ejemplo, se pueden desarrollar biosensores de alerta temprana que detecten contaminantes en el agua. Al estar encapsuladas en un material poroso, las sustancias tóxicas pueden ingresar en la “celda” que contiene a las microalgas, provocando la reacción que se espera detectar. Pero, a la vez, el material contenedor resulta protector de otros estímulos –como la radiación ultravioleta- perjudiciales para las algas. Encapsulando hongos que degradan la lignina y otros compuestos que resultan del proceso de fabricación del papel y de la industria textil, se obtienen dispositivos de biorremediación que degradan contaminantes ambientales. Los hongos encapsulados pueden introducirse en el agua y luego volver a retirarse. De este modo, no sólo podrán reutilizarse sino que se evita el riesgo de que colonicen el medio.
De la relación que se establece entre la sustancia biológica confinada y el material que la contiene dependen, en muchos casos, los resultados que se obtengan. “Podemos hablar de sistemas hospedador-huésped, en los que las propiedades del ensamble dependerán tanto de las propiedades del material hospedador como de las funciones biológicas del huésped celular”, aclara la investigadora. “Diferentes aplicaciones requieren distintas propiedades de estas matrices, es decir que es necesario sintonizar muy bien las propiedades ópticas, mecánicas y de transporte de las matrices para lograr optimizar estos biomateriales. Esto se logra seleccionando cuidadosamente el huésped celular y variando racionalmente los parámetros de síntesis de la matriz hospedadora”, explica.
Como estos materiales son muy complejos, es prácticamente imposible predecir cómo resultará su estructura a partir de determinadas condiciones de síntesis. “Una de mis líneas de investigación se relaciona, justamente, con dilucidar cómo se modifica la microestructura de estas matrices en función de las variables tales como pH, temperatura, fuerza iónica, concentración de precursores de síntesis, etc. Es importante conocer la microestructura porque eso permite ajustar las propiedades de transporte de modo que, por ejemplo, productos de biosíntesis puedan difundir a través de la matriz pero las células encapsuladas no puedan escapar a través de los poros del material hospedador”, sostiene la investigadora. La microestructura de estos materiales es similar a la que hay en un líquido, es decir, algo intermedio entre el orden de un sólido cristalino y el completo desorden del estado gaseoso. Los investigadores parten de una solución de precursores y ajustan las condiciones de síntesis para favorecer su condensación. Las pequeñas partículas formadas colisionan formando unidades que se van uniendo hasta formar lo que podría pensarse como una estructura gigante que engloba poros acuosos, dando como resultado un material que tiene una consistencia similar a una gelatina. Así se forma lo que se denomina hidrogel.
Para observar esta microestructura los investigadores utilizan una técnica no destructiva que consiste en irradiar la muestra con rayos X durante algunos segundos para luego estudiar cómo se dispersan los fotones y, a partir de allí, sacar conclusiones acerca del tamaño característico de las partículas y de cómo están agrupadas formando clusters, ya que la densidad electrónica de la sílica difiere significativamente de la densidad electrónica de la solución acuosa del poro del material.
Estas mediciones se realizan en el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron en Campinas, única fuente de luz sincrotron en Latinoamérica. Luego, el modelado de estos datos crudos, que puede llevar varios meses, junto con otras caracterizaciones del material que brindan información complementaria, se realiza en los laboratorios del INQUIMAE.
Materiales con actividad biológica
(Laboratorio de superficies y materiales funcionales, INQUIMAE)
3er. piso, Pabellón II, 4576-3343/78/79/80 interno 130.
http://www.inquimae.fcen.uba.ar
Integrantes: Mercedes Perullini, Matías Jobbágy, Sara Aldabe Bilmes
Postdoc: Juan Manuel Sonego
Tesistas de doctorado: Cecilia Spedalieri, Carla Llorente
Tesistas de grado: Vanesa Mercau
