The materials include organic molecular electronics for low cost temperature and pressure sensors, oxides for spintronics and memory devices, superconductors for energy transport and wind turbines, nanoparticles for brain repair, carbon nanotubes for cancer therapy, and hydrogels for tissue repair, cell growth and cancer immunotherapy treatment.
The fragments of the article "Los materiales que cambiarán el mundo" related to the ICMAB are transcribed here:
Concepció Rovira and the organic molecules:
Para esta clase de aplicaciones electrónicas también se estudian moléculas orgánicas que pueden hacer las funciones clásicas del silicio, base de la electrónica actual, pero que además ofrecen un sinfín de posibilidades adicionales, ya que sus propiedades eléctricas son mucho más versátiles. “Existen millones de moléculas y se pueden diseñar como uno quiera”, declara Concepció Rovira, investigadora del Institut de Ciències de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC).
El equipo de Rovira ha desarrollado una pequeña membrana cuya conductividad eléctrica cambia en función de cuánto se estire. Incorporada en una faja, monitoriza en tiempo real la respiración de una persona. “Puede tener aplicaciones para diagnosticar trastornos como la apnea del sueño”, afirma la investigadora.
Su equipo también ha producido un sensor de temperatura tan sensible que se dispara sólo con que una persona se acerque a un metro de distancia. “Podría servir para contar cuántas personas hay en una habitación en un momento dado”, explica Rovira. Otra ventaja de estos materiales orgánicos es que son muy económicos, ya que también se pueden imprimir como tintas.
Josep Fontcuberta and the oxides:
Para la espintrónica, además del grafeno, también se investigan los óxidos, explica Josep Fontcuberta, investigador del ICMAB que trabaja con estos materiales. Algunos óxidos, por otra parte, podrían ayudar a producir ordenadores que integrasen la memoria y el procesamiento de datos, que en las máquinas actuales están separados, señala Fontcuberta. Eso no sólo ahorraría una cantidad enorme de energía, sino que también permitiría a los ordenadores trabajar como lo hace el cerebro humano.
“En el cerebro la memoria y la lógica están juntas”, declara Fontcuberta. “Esta arquitectura permite hacer operaciones en paralelo y es muy eficiente en tareas que para los ordenadores actuales son difíciles, como el reconocimiento automático de formas”, esencial para los coches autónomos, señala el investigador del ICMAB.
Xavier Obradors, Elena Bartolomé and Teresa Puig and the superconductors:
A una escala mucho mayor, de ciudades o incluso países, otro tipo de materiales podrían ayudar a ahorrar grandes cantidades de energía. Son los superconductores, materiales que conducen la electricidad sin pérdidas. El cobre disipa el 10% de la energía que conduce en forma de calor, mientras que los superconductores no oponen ninguna resistencia a la electricidad y, en el mismo volumen, permiten el paso de mucha más potencia: “diez veces más que un cable de cobre de la misma sección”, subraya Elena Bartolomé, directora de investigación en la EUSS e investigadora en el ICMAB.
“En las grandes ciudades ya es difícil construir nuevas instalaciones para el transporte de electricidad. Los superconductores permitirán transportar mucha más energía por los conductos que ya existen; hasta cinco veces más”, afirma Xavier Obradors, director del ICMAB y experto en superconductores. Los nuevos superconductores que se están desarrollando, de naturaleza cerámica, permitirán además construir molinos eólicos entre tres y cinco veces más potentes que los actuales y aviones eléctricos más competitivos, según Teresa Puig, investigadora del ICMAB.
Anna Roig and nanoparticles:
Manipular materiales a escala nanoscópica puede abrir nuevas posibilidades también en medicina. Por ejemplo, las llamadas nanopartículas son capaces de dirigir fármacos a tejidos específicos, como tumores. “Son el grial de la terapia personalizada”, afirma Anna Roig, investigadora del ICMAB. Roig trabaja en un proyecto para administrar fármacos en nanopartículas magnéticas que se pueden dirigir a un tejido del cuerpo con tan solo colocar un pequeño imán, una estrategia que ya se está estudiando para favorecer la recuperación tras un ictus, en ensayos con animales.
Pero una de las áreas en las que se están invirtiendo más esfuerzos es el cáncer. “Dirigir el fármaco solo a las células cancerosas permite reducir la dosis y los efectos secundarios de la quimioterapia”, declara Roig.
Gerard Tobias and carbon nanotubes:
También la radioterapia se puede combinar con nanopartículas. “La radioterapia convencional dirige un haz ionizante muy fuerte que debe cruzar tejido sano para llegar al tumor y siempre afecta a parte de este tejido sano”, declara Gerard Tobias, investigador del ICMAB. Su grupo está diseñando una estrategia para “conseguir que la radioterapia vaya por dentro y que irradie localmente el tumor”. Para conseguirlo, han modificado unas partículas llamadas nanotubos de carbono, “que son como láminas de grafeno enrolladas”.
Dentro les han introducido material radioactivo y por fuera las han recubierto con compuestos biocompatibles que ayudan a dirigir las partículas al tumor. “En principio esta terapia podría ser útil para tratar la mayoría de tumores sólidos”, declara Tobias, aunque advierte que todavía está en un estadio muy inicial y que tardarán al menos diez años en comenzar los ensayos clínicos.
Anna Roig and Imma Ratera and the hydrogels:
A una mayor escala, se están desarrollando materiales para favorecer la regeneración de los tejidos o incluso producirlos en el laboratorio. El equipo de Anna Roig, del ICMAB, estudia un hidrogel hecho de celulosa, pero fabricada por bacterias en lugar de plantas. Una vez producido, se eliminan las bacterias y queda un material que absorbe gran cantidad de agua, como una esponja, y ofrece un ambiente óptimo para el crecimiento de células. “Puede servir para proteger heridas, pero además se le pueden introducir factores de crecimiento para acelerar la curación”, explica Roig.
Otro hidrogel en desarrollo en el ICMAB podría ser útil para la inmunoterapia del cáncer, en concreto para los tratamientos basados en extraer inmunitarias de los pacientes, multiplicarlas y entrenarlas para combatir los tumores en el laboratorio, y volver a inyectarlas. “En el cuerpo, estas células proliferan en los nodos linfáticos. Nuestro objetivo es crear un nodo linfático artificial en tres dimensiones con un hidrogel”, explica Imma Ratera, investigadora del ICMAB. Eso permitiría obtener más células, y más rápido, de lo que permiten los tratamientos actuales.
Xavier Obradors and Elena Bartolomé and the interdisciplinarity:
“Para inventar nuevos materiales hay que juntar científicos de muchos ámbitos diferentes: físicos teóricos y experimentales, químicos, biólogos, ingenieros…”, sostiene Xavier Obradors, director del ICMAB. “La interdisciplinariedad acelera los descubrimientos”, añade. “Un solo investigador no puede desarrollar un nuevo material. Es imposible. Deben colaborar muchos grupos expertos en distintas disciplinas”, coincide Elena Bartolomé, directora de investigación de la EUSS e investigadora en el ICMAB.
The article also featured some advances in materials science in other research centers and universities: Frank Koppens and Dmiri Efetov from ICFO, Mónica Lira, Gustau Catalán, Stephan Roche and José Garrido from ICN2, Llorenç Severa (EUSS/IREC), Pablo Sevilla (EUSS/UPC) and José Maria Ruiz (EUSS).
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