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EAFIT avanza en nanotecnología

​​Con investigaciones en nanotecnología que van desde la simulación computacional hasta la creación de nuevos materiales, EAFIT contribuye al desarrollo de la ciencia.


Investigadores de EAFIT desarrollan nanofibras que actúan como filtros de elementos nocivos para el medio ambiente y la salud humana.
Paula Andrea Guisao López
Colaboradora / Tema especial​

¿Qué tienen en común los recubrimientos con plasma para implantes quirúrgicos o los filtros para descontaminar el agua y el aire?

Ambos han usado la nanotecnología para su desarrollo, con el fin de satisfacer una carencia, proporcionar confort a la sociedad o favorecer el medio ambiente. 

La nanotecnología es el área de la ciencia que estudia el comportamiento de los materiales por debajo de los 100 nanómetros. Un nanómetro, que equivale a una millonésima de milímetro, puede dimensionarse si se tiene en cuenta que el diámetro de un cabello mide alrededor de 50 mil nanómetros. A esta escala los materiales tienen un comportamiento diferente a los tamaños superiores, por lo que es posible valerse de esto para crear materiales nuevos, a partir de los ya existentes. 

En las escuelas de Ingeniería y de Ciencias y Humanidades de EAFIT se desarrollan varias líneas de investigación en nanotecnología que no solo responden a necesidades de la industria y la sociedad, sino que también sirven como aporte a la ciencia en la solución de preguntas y problemas. 

Los proyectos en los que trabajan los investigadores eafitenses van desde la simulación y su aplicación práctica, hasta la investigación experimental para explorar el comportamiento de la materia por debajo de los 100 nanómetros, ya que a esta escala se comporta diferente a como se conoce hoy.

la importancia de la experimentación para generar conocimiento científico. Para fortalecer la nanotecnología en la Universidad, los investigadores eafitenses han realizado intercambios con la Universidad de Purdue. Esta institución también ha enviado a EAFIT sus docentes a acompañar proyectos y compartir conocimiento.

Recubrimiento de superficies con plasma​

La nanotecnología juega un papel importante en la línea de investigación de recubrimiento de materiales con plasma, específicamente en la estructura de la capa que es tan delgada que tiene un grosor de alrededor de 100 nanómetros, lo que equivale a decenas de interruptores imperceptibles a simple vista en un computador. Para analizar las características de los materiales a escalas tan diminutas, en EAFIT los investigadores recurren a técnicas precisas como la microscopia y la espectroscopia para manipular y conocer sus propiedades químicas, su medida exacta y su forma. 

“Los recubrimientos avanzados producidos por el plasma se aplican en cualquier área tecnológica porque suministran un alto rendimiento en situaciones en las que son necesarias la baja fricción, la estabilidad térmica, la resistencia química y otras propiedades de superficie”, explica Mauricio Arroyave Franco, jefe de carrera de Ingeniería Física de EAFIT, quien lidera esta línea de investigación junto con Claudia Palacio Espinosa, profesora del Departamento de Ciencias Básicas. 

En la medicina es muy útil el recubrimiento, por ejemplo, en implantes quirúrgicos de acero, un elemento con problemas de compatibilidad con el cuerpo humano que puede rechazarlo. Con la metodología usada por Arroyave y Palacio se puede contrarrestar ese efecto, al recubrir el acero para aislar la incompatibilidad con elementos que el cuerpo no rechace.

Nanomagnetismo

Hacer más eficiente la investigación nanotecnológica del hierro y sus propiedades es lo que busca Álvaro Velásquez Torres, profesor del Departamento de Ciencias Básicas. 

La línea de Instrumentación y Espectroscopia, liderada por Velásquez, desarrolla una cámara detectora de electrones para analizar propiedades magnéticas y un electroimán para caracterización magnética de películas delgadas. También ha desarrollado un espectrómetro Mössbauer. 

Con esta instrumentación se busca consolidar la infraestructura de laboratorio de la Universidad para realizar investigación en materiales magnéticos micro y nanoestructurados, de uso industrial y tecnológico.​

Nanotecnología computacional

Hallar mejores usos para diferentes tipos de materiales, mediante técnicas experimentales basadas en herramientas computacionales, es el propósito de Jorge David Caro y Mario Elkin Vélez Ruiz, docentes del Departamento de Ciencias Básicas. 

Para esto, David y Vélez, quienes lideran la línea en nanotecnología computacional, trabajan en el proyecto Simulación computacional de nuevos materiales como recubrimientos funcionales.

Fibras para descontaminar

​Diseñar y fabricar nanofibras para filtrar partículas contaminantes en el agua y el aire es lo que busca Mónica Álvarez Lainez, docente del Departamento de Ingeniería de Diseño y miembro del grupo de investigación Materiales de Ingeniería.

Estas nanofibras actúan como filtros de elementos nocivos para el medio ambiente y la salud humana. En el agua ayudan a depurar metales pesados como cadmio, cinc y cobalto; y en el aire, materiales particulados y hasta CO2 (dióxido de carbono). 

El proyecto de investigación de Álvarez se llama Fabricación de nanofibras con ciclodextrina-polí​​​​mero producidas por la técnica de electrospinning. Apoyado por la Universidad EAFIT y Colciencias, este empezó el año pasado con la identificación y posterior caracterización de los materiales óptimos para fabricar nanofibras, algunas con tamaños entre 100 y 400 nanómetros. En la actualidad Álvarez, líder de la línea de investigación en nanofibras y mezclas poliméricas nanoestructuradas, trabaja en el reto de fabricar fibras para disminuir las medidas en la escala nanométrica por debajo de los 100 nanómetros. 

La técnica electrospinning ofrece posibilidades únicas para producir nanofibras y tejidos naturales. Estos han sido empleados con éxito en ingeniería de tejidos para fabricar ropa de protección, donde actúan como sensores, repelentes de agua y suciedad, entre otras funciones. También, en productos farmacéuticos y en materiales para filtrar agua y aire, explica la investigadora. 

Para Juan Pablo Hinestroza, director del Laboratorio de Nanotecnología Textil de la Facultad de Ecología Humana de la Universidad de Cornell, este proyecto de desarrollo de nanofibras es una iniciativa novedosa: “En la ciencia lo más importante es ser diferente. Entre más diferente se es, hay más creatividad. Eso me gusta de los proyectos que se hacen en EAFIT”.
¿Qué pasa dentro del asfalto?​

​La respuesta a esta pregunta la busca hace más de dos años Álex Ossa Henao, profesor de la Escuela de Ingeniería, como parte de la línea de estudio en asfaltos nanoestructurados del grupo de investigación en Materiales de Ingeniería. 

Para entender lo que sucede dentro del asfalto, Ossa parte de la escala nano para identificar sus características internas y componentes, su reacción ante los cambios de temperatura y el paso del tiempo, de tal manera que sea posible modificarlo para lograr más resistencia, duración y así disminuir los costos económicos, sociales y ambientales. 

El propósito de esta investigación es “generar modelos matemáticos que nos lleven desde estructuras a nivel nano, hasta estructuras tipo real como una vía o un techo. La idea es predecir qué le puede suceder a una vía en ciertas condiciones, con los datos que sacamos a escala nanométrica”, explica Ossa. 

Como el uso más común del asfalto es en las vías, esta investigación, que permitirá construir carreteras de mayor duración, es importante si se tiene en cuenta que reparar una vía implica molestias para quienes la transitan, trastornos en el tráfico, daño ambiental por la maquinaria pesada que necesita e inversión estatal. Solo en Medellín se gastan cada año 20 mil millones de pesos en reparaciones y en el resto de Antioquia 30 mil millones. 

Las posibilidades industriales de esta iniciativa ya han sido probadas, pues en un proyecto anterior se logró mejorar el asfalto usado en techos con la adición de varios materiales.


Posibilidades informáticas​

Simular varias veces un procedimiento de prueba en un computador es mucho más fácil y económico que hacerlo directamente en el laboratorio tradicional. 

Por eso, la nanotecnología ha usado esta metodología por mucho tiempo, ya que permite trabajar a escalas muy pequeñas que en el ámbito experimental es casi imposible de hacer, afirma Alejandro Strachan, docente de la Universidad de Purdue. 

Precisamente esta institución, gracias al convenio que tiene con EAFIT desde hace varios años, donó Apolo, un supercomputador con 160 procesadores y 40 servidores de doble núcleo cada uno.​​

EAFIT aporta a la creación del Centro Nacional de Nanotecnología

Con el propósito de contribuir con el desarrollo del conocimiento científico en nanotecnología, la Universidad EAFIT integra actualmente el comité de políticas que tendrá el Centro Nacional de Nanotecnología. 
Este es el aporte de la Institución al proceso de creación de este centro, un esfuerzo conjunto de EAFIT con las universidades de Antioquia, Pontificia Bolivariana, Nacional, de Medellín, la Escuela de Ingeniería de Antioquia y el Sena. Cuenta, además, con el apoyo de Empresas Públicas de Medellín, Ruta N, Sumicol y Kimberly Clark. 
Por otra parte, EAFIT también trabaja en la creación del capítulo de nanotecnología de la Sociedad Antioqueña de Ingenieros y Arquitectos (SAI).
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Taller sobre nanotecnología: Colombia - Estados Unidos

Cerca de 50 científicos colombianos y 20 estadounidenses participaron en el Colombia-US Workshop on Nanotechnology in Energy and Medical Applications, realizado del 11 al 13 de marzo de 2013 en Ruta N (Medellín). En este evento investigadores nacionales y extranjeros socializaron sus trabajos en nanotecnología, con especial énfasis en desarrollos para la salud y la energía, así como su aplicación en la industria y la educación. 
En este taller participó Félix Londoño González, director de Investigación de EAFIT, específicamente en el foro Universidad-Empresa-Estado: iniciativa colombiana para la nanotecnología y materiales avanzados en cooperación con Estados Unidos.
Apolo es usado en el área de la nanotecnología para simular el comportamiento de materiales a escala nano y realizar pruebas con estos, lo que disminuye el número de experimentos necesarios en laboratorio. 

Para Jorge David Caro, docente del Departamento de Ciencias Básicas y uno de los investigadores involucrado en trabajo computacional para nanotecnología, esta herramienta permite realizar experimentos más eficientes: “Desde Purdue nos han apoyado mucho con intercambios académicos, estudiantiles, asesorías y proyectos conjuntos”. 

La técnica busca que a mayor número de simulaciones, menor número de experimentos para obtener resultados. Además, puede aplicarse a casi todas las áreas que se benefician con la nanotecnología, dice Strachan. En su caso, se dedica a mezclar diferentes materiales que permitan nuevos elementos, por ejemplo, que puedan usar los astronautas en el espacio aéreo o como base de dispositivos eléctricos como los transistores. 

“Las computadoras que utilizamos tienen millones de transistores con materiales de tamaño nano. Esta tecnología se aplica también en la construcción de teléfonos inteligentes, en la optimización de energía o, en medicina, con el diseño de drogas que respondan mejor a ciertas enfermedades o hasta implantes y muchas otras posibilidades”, cuenta Strachan.

Nanotecnología como apoyo a la educación​

El supercomputador Apolo también ha sido muy útil para ampliar el funcionamiento del Nano HUB​ entre investigadores locales. Este espacio virtual es una red de trabajo colaborativo para intercambiar información y conocimiento alrededor de la nanotecnología. Lo financia la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos y es producto del trabajo de la Red de Nanotecnología Computacional. 

Investigar el funcionamiento de mecanismos como el Nano HUB, para determinar su efectividad desde el ámbito pedagógico, es el propósito de Alejandra Magana, docente de la Universidad de Purdeu. 

Magana además es consultora de EAFIT para varias iniciativas, entre ellas Proyecto 50, una propuesta de la Universidad para potenciar las competencias de los docentes a través de la innovación en los procesos de enseñanza, aprendizaje e investigación creativa. 

Sobre su investigación, manifiesta: “Me he enfocado en el uso de herramientas de modelado y simulación para la nanotecnología, centrándome en cómo apoya a la educación, al entendimiento y la colaboración. Las personas que trabajen en nanotecnología computacional comparten información sobre sus investigaciones y a partir de ellas se genera un intercambio”. 

Por otra parte, esta investigadora también ha participado en proyectos educativos que integran conceptos básicos de nanotecnología en primaria y secundaria, tanto en alumnos como profesores, desde las ciencias básicas y las humanas.

“Incluir al público en general es importante. Si las personas saben sobre nanotecnología, pueden tomar decisiones más informadas, para eso es suficiente que sepan que la nanotecnología existe y qué es. En cuanto al aspecto motivacional, queremos que haya gente más preparada para cubrir la fuerza laboral que va a requerir esta área en crecimiento”, concluye.

Investigadores

monica-alvarez.jpgMónica ​Álva​rez Lainez 

Ingeniera química, Universidad Nacional de Colombia (sede Medellín); y PhD en Física, Universidad de Valladolid (España). Ha sido docente de la Universidad de Antioquia y, desde 2008, es profesora de tiempo completo del pregrado en Ingeniería de Diseño de Producto en la Univerisdad EAFIT. 

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mauricio-arroyave.fw.pngMauricio Arroyave Franco 

Ingeniero electrónico y magíster en Física, Universidad Nacional de Colombia (sede Manizales). Sus áreas de interés son la instrumentación electrónica, la instrumentación remota, la automatización de procesos asistidos por plasma, el procesamiento de materiales por plasma y el diagnóstico y caracterización de materiales por técnicas microscópicas y espectrópicas. Desde 2005 es docente de EAFIT y, actualmente, es jefe del pregrado en Ingeniería Física. 

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Jorge León David Caro 
Químico, Universidad de Antioquia; y PhD en Fisicoquímica Molecular. Ha sido docente de la Universidad de Antioquia, el Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid y la Universidad Andrés Bello (Chile). Actualmente es profesor asociado del Departamento de Ciencias Básicas de EAFIT. 
alexander-ossa.pngÁlex Ossa Henao

Ingeniero mecánico, Universidad Pontificia Bolivariana; PhD en Ingeniería, Universidad de Cambridge (Reino Unido); y ocupó una posición posdoctoral en la Universidad de Nottingham (Reino Unido). Su ​investigación se centra en el desarrollo de materiales con propiedades de aislamiento térmico y acústico para aplicación en el sector de la construcción, entre otros. Actualmente es docente e investigador del Departamento de Ingeniería de Producción de EAFIT.

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Última modificación: 06/03/2017 13:06