¿Te imaginas conocer cuál es el nivel de nuestra glucosa en el cuerpo; medir los signos vitales; o administrarnos un medicamento tan solo con pasar un sensor por uno de nuestros tatuajes? Interesante, ¿verdad?. En el Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y Nanotecnología, ya están trabajando en ello. La idea surge a través de una investigación de la Doctora en Física, Rosa Corona González.

Con doble nacionalidad, chilena y venezolana, esta investigadora y docente de nuestra Universidad se formó como Licenciada en Física Aplicada en la Usach, donde también hizo su doctorado y postdoctorado, de la mano de profesores como el actual decano de la Facultad de Ciencia, Dr. Juan Escrig y la Premio Nacional de Ciencias Exactas 2019, Dra. Dora Altbir.

La profesora Corona relata que en Cedenna trabajan actualmente en estudios aplicables a las memorias magnéticas. “Vemos que tan viable es que un sistema pueda guardar, almacenar, distribuir información y, que esa información se mantenga por 20 años y más sin borrarse. Esa es la idea fundamental de las paredes de dominio, de las estructuras magnéticas; que sean lo más pequeñas posibles para guardar mucho en poco espacio y con buena calidad”, explica.

-Entiendo que no solo la informática es prioridad en la nanotecnología. ¿Están trabajando también en aplicaciones médicas, cierto?

 - Efectivamente, por ejemplo, nos gustaría que al administrarse un medicamento y cambiando el campo magnético o el sensor que lo vaya a distribuir con variaciones de campo pudiera liberarse o mantenerse. Por ejemplo, en lugar de hacer una quimioterapia peligrosa para todo el cuerpo, esta fuera localizada. La idea sería aplicar un nanotubo que en su interior tuviera este medicamento; se le administrara a la persona a una cierta hora del día, y se pudiera ir controlando en tiempos cortos para que no haga tanto daño a su organismo. Es un enfoque bastante ambicioso.

-¿Qué otros campos están abordando desde Cedenna?

 Queremos ir hacia la electrónica flexible. Estudiamos sistemas curvos, porque hay toda una rama de la electrónica que trabaja sobre qué pasaría si con tinta magnética nos tatuáramos. Tú sabes que la piel tiene propiedades de arrugarse y estirarse con facilidad. Lo ideal sería entonces que pudiéramos pasarnos un sensor y saber cuánto marca nuestra glucosa; nuestros signos vitales; administrarnos un medicamento tan solo con pasarlo por ese tatuaje. Eso es lo que aspiramos con la electrónica flexible. Vemos la parte bien básica como qué pasaría si esto se curva o se comprime, o si agregamos ciertas aleaciones y si funcionan o no, y eso quedaría registrado para que otros lo vayan aplicando.

-¿Y esto es tan futurista cómo suena?

-Mis envíos de postulaciones a ANID sobre electrónica flexible a nivel Nano llevan información respecto a eso, pero no esta tan lejano a 20 años. En ese periodo ya vamos a estar con esa tecnología de vanguardia. Es bastante interesante el tema, pese a que hay personas que aún se asustan con la incorporación de chip y un “supuesto control”. Lo que yo investigo es diferente, es tinta con nano partículas.

La Usach, su alma máter

Así como centenares de venezolanos han viajado a nuestro país buscando oportunidades laborales, la familia de esta científica se trasladó a Venezuela después del golpe militar. Sus padres estudiaron en la UTE. Rosa nació en Venezuela, pero razones económicas los trajeron nuevamente a Chile 18 años después. Tiempo después su madre volvería a pisar nuestra Casa de Estudios con la emoción de ver transformada a su hija en Doctora en Física. Es una agradecida de la Usach porque pudo estudiar en la Institución gracias a un ingreso especial para extranjeros. Su mamá y hermanas proporcionaron los medios económicos para pagar su pregrado. Recuerda que hizo una estadía de 6 meses en la Universidad de San Diego, California, con el Dr. Iván Schuller. 

“Si bien el doctorado no tiene como requisito formal que se hagan estadías en el extranjero. Se considera conveniente tener esa experiencia, conocer más personas y hacer líneas de investigación. Allá me dediqué a las simulaciones magnéticas y estudiamos nanohilos multisegmentados con aleaciones magnéticas suaves/duras”, recuerda.

Tras regresar de la pasantía terminó su doctorado y se incorporó a trabajar con la Dra. Altbir. “Es genial trabajar con ella. Tuvimos siempre una buena relación. El profesor Dr. Juan Escrig era su alumno y después él fue mi profesor guía de tesis para convertirme en Doctora en Física. Mi primer artículo fue con ambos”, relata con orgullo.

Desde su visión como investigadora estimula a que muchas más mujeres rompan con el estereotipo de que las carreras matemáticas, científicas e ingenieriles son para hombres. “Me encanta trabajar en Cedenna, es mi zona de confort. De hecho cuando pienso en que posiblemente tendré que buscar nuevos horizontes me pongo nerviosa. Soy profesora por hora también en la Usach. Hago clases de Física 1, Física 3 y Electricidad, Magnetismo y Ondas para los futuros ingenieros. Me encantaría quedarme en la Universidad de Santiago como académica e investigadora. La Usach es lo máximo para mí”, expresa sin titubeos.

Con la finalidad de conocer el desarrollo y las nuevas tendencias en ciencia y tecnología que está llevando adelante la Universidad de Santiago de Chile en el ámbito de la minería, la ministra del ramo, Marcela Hernando Pérez, aceptó la invitación extendida por el Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y Nanotecnología (Cedenna) de nuestra Universidad.

El rector Dr. Rodrigo Vidal Rojas, señaló que la presencia de la ministra de Minería en el Campus fue muy relevante porque el Gobierno de Chile pudo conocer lo que hace nuestra de Casa de Estudios en diferentes materias.

“En el caso de hoy, la visita de la ministra al Cedenna, permite la visualización de la investigación en ciencia y tecnología que está desarrollando la Universidad de Santiago. Somos pioneros en el área y en las aplicaciones que se han dado a la nanotecnología y nanociencia”, aseguró el Dr. Vidal.

En este sentido, la directora ejecutiva y Premio Nacional de Ciencias Exactas, Dra. Dora Altbir Drullinsky, expresó que la invitación a la ministra de Minería, tuvo la intención que comprobara de primera mano lo que se realiza en el Cedenna y, de paso, apreciar los desarrollos específicos en el área de la minería.

“Estamos realmente contentos de esta visita porque pudimos mostrar a la ministra que la ciencia chilena está lista para contribuir a nuestro país. Ella pudo presenciar en terreno el trabajo que estamos ejerciendo en el área de la minería, en donde estamos desarrollando ciencia y tecnología de primer nivel desde nuestro país, logrando desarrollos muy importantes para el sector que han sido únicos y exportables a todo el mundo”, enfatizó.

Durante el itinerario, la secretaria de Estado pudo acceder a la investigación de sensores con nanotecnología que permiten detectar inchancables, uno de los principales problemas del sector minero, solución que representa un ahorro potencial de 200 a 400 millones de dólares anuales para la producción chilena y de hasta 3.000 millones de dólares anuales en la producción internacional.

Sobre este aspecto, la ministra Hernando, expresó que todavía quedan muchas cosas por hacer y que esperan que todas las universidades se incorporen y cooperen en estos nuevos desarrollos.

“Lamentablemente nuestro país no ha realizado una inversión adecuada con los tiempos y con los niveles de desarrollo que queremos alcanzar y que van en esta línea de ciencia y desarrollo tecnológico, pero esperamos revertir este retraso que nos permita pasar de una minería extractivista a una minería que agrega valor”, sostuvo Hernando.

La visita al Cedenna concluyó con un encuentro con investigadoras, profesionales y estudiantes del Centro, denominado “Los desafíos de las mujeres Stem en Chile”.

En este coloquio, la titular de Minería, señaló que el país está lejos de alcanzar los promedios que tienen los países OCDE, en cuanto a la participación de la mujer en el área, por lo que “compartir experiencia con ellas de lo que es trabajar en minería, además de ideas con respecto de cómo seguir avanzando y favorecer la incorporación en algunos puestos de trabajo donde la presencia femenina es inferior al 20%, ha sido satisfactorio”.

En cuanto a este encuentro la Dra. Altbir, manifestó que “estamos muy impresionados de haber compartido reflexiones en torno al género. Creo que este es un tema tremendamente importante, en ámbitos que podría ser muy distintos, como la minería y la ciencia.Vemos que los problemas y las estrategias son muy similares”, destacó.

Conversación con el rector

La máxima autoridad de nuestra Universidad calificó como positivo la entrevista que sostuvo con la ministra Hernando, por el acercamiento con nuestra Casa de Estudios y los diferentes ministerios, para visibilizar el aporte que la Usach entrega al desarrollo de nuestro país.

“La urgencia climática está vinculada al surgimiento de nuevas formas de energía renovables no convencionales, por lo que todo lo que podemos realizar en materia de hidrógeno verde, litio y otras, es un punto respecto del cual, para nosotros como Universidad, es prioritario avanzar”, enfatizó el Dr. Vidal.

Añadió que, “este desafío pone a la Usach en colaboración, no solo con el Gobierno de Chile, sino también con el Poder Legislativo, puesto que aquí hay muchos aspectos de los que conversamos con la ministra respecto de lo que hay que legislar como política pública”.

La titular de Minería, apuntó a la importancia de la Usach en el desarrollo científico nacional y su relevancia en el reto que presenta la crisis climática, sobre todo atendiendo la necesidad de promover elementos que nuestra geología nos proporciona en abundancia.

Te invitamos a ver el registro audiovisual de la visita de la ministra Hernando a Cedenna y su encuentro con el rector y autoridades de la Usach:

Tras intensas semanas de trabajo, el equipo compuesto por ingenieros del Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnología (Cedenna), y médicos de la Dirección de Postítulos y Postgrados de la Facultad de Ciencias Médicas de la Universidad de Santiago, lograron desarrollar un ventilador mecánico que atiende las necesidades específicas de pacientes afectados por COVID-19.

El dispositivo llamado VM Resiliencia ya superó diversas pruebas de manera exitosa, fue presentado a los asesores del Ministerio de Salud y está conectado a la red del Hospital Félix Bulnes.

VM Resiliencia responde a las necesidades específicas para pacientes afectados por COVID-19 que requieren ventilación mecánica asistida controlada mediante la intubación del paciente. También fue diseñado para que los equipos médicos lo puedan controlar mediante una pantalla táctil.

El proyecto se inició en abril cuando las noticias de la pandemia en países como España e Italia alertaron a los investigadores sobre la necesidad de contar con ventiladores para una posible sobredemanda por el número de personas enfermas. Dora Altbir, directora del centro de investigación Cedenna (albergado en la Usach) se puso en contacto con los ingenieros Omar Daud y Álvaro Espejo, quienes lideran esta iniciativa para desarrollar un ventilador hecho en Chile que pudiera estar disponible para los difíciles días que podrían venir. Los ingenieros buscaron la asesoría de los médicos Pedro Chaná y Gabriel de la Fuente, de la Dirección de Postgrado de Ciencias Médicas de la misma casa de estudios, quienes cuentan con vasta experiencia en el tratamiento de pacientes críticos y comenzaron el diseño y fabricación del dispositivo.

Dora Altbir, directora del Cedenna y Premio Nacional de Ciencias Exactas 2019, señala que “esta colaboración fue tremendamente importante, pues desde un inicio pudimos abordar la construcción de este ventilador desde la visión de la física, la ingeniería, pero por sobre todo, de la medicina. Sin ese apoyo y mirada experta no habría sido posible desarrollar un ventilador con todas las prestaciones necesarias”.

El desarrollo se prolongó por varias semanas hasta que el dispositivo pudiera ser programado para controlar tres variables fundamentales para el tratamiento de pacientes con COVID-19: flujo de aire, presión y ritmo respiratorio.

“Estudiamos algunos diseños y a partir de ellos trabajamos en uno con las características que necesitábamos, considerando también que los materiales estuvieran disponibles en este momento, siempre en línea con los requerimientos médicos”, explica Omar Daud, ingeniero del Cedenna y PhD en mecatrónica.

El dispositivo VM Resiliencia fue fabricado para funcionar ininterrumpidamente, sin intervención para cambio de piezas o de mantención. Esto es muy importante en el tratamiento de pacientes con COVID-19, ya que la experiencia internacional acumulada señala que en algunos casos los enfermos pueden permanecer hasta tres semanas conectados al respirador.

El doctor Gabriel de la Fuente, médico y académico de la Dirección de Postítulos y Postgrados de la Facultad de Ciencias Médicas de la Usach, comenta que “el proyecto VM Resiliencia es un salto tecnológico importante para la salud de nuestro país. Usa un sistema de válvulas computarizado y permite el mismo control digital que un equipo comercial. Presenta ventajas y es más confiable que el sistema basado en bolsa de respirador manual de tipo Ambu”.

El desarrollo de VM Resiliencia es el resultado de un fuerte trabajo colaborativo del grupo de ingenieros del Cedenna integrado por Matías Targarona, Carlos Eugenio, Sebastián Sepúlveda, Milenko Espinosa, Fabian Araneda, Omar Daud y Álvaro Espejo, apoyados por Dora Altbir y la colaboración de Frank y Héctor Miranda. El grupo trabajó en el Laboratorio de Magnetismo del Departamento de Física de la Usach, con la asesoría permanente de los doctores Pedro Chaná y Gabriel de la Fuente, de la Dirección de Postgrados de Ciencias Médicas de la Universidad de Santiago.

“El ventilador fue pensado desde un principio para cumplir con las necesidades tecnológicas de ventilación más complejas que requieren los pacientes con COVID-19. Fue necesario formar un equipo multidisciplinario para cumplir con el desarrollo de software y hardware que requiere un proyecto de esta envergadura. Afortunadamente, gracias al gigantesco esfuerzo de todo el equipo, se logró crear un prototipo con el modo de ventilación de control de volumen regulado por presión, PRVC, permitiendo al ventilador adaptarse automáticamente a los cambios en la rigidez de los pulmones de los pacientes, disminuyendo así las posibilidades de generar barotraumas”, indica Álvaro Espejo, PhD e investigador de Cedenna.

A fines de mayo el ventilador mecánico VM Resiliencia fue presentado al equipo de asesores del Minsal y luego, llevado al Hospital Félix Bulnes para que fuera probado en sus salas. El ventilador ha funcionado con éxito y los ingenieros del Cedenna ya se encuentran trabajando para fabricar tres ventiladores más y ponerlos a disposición del servicio de salud.

Características técnicas del dispositivo

El dispositivo VM Resiliencia está basado principalmente en tres aspectos fundamentales: la toma de aire y oxígeno disponibles en la red hospitalaria; un sistema de válvulas, sensores de flujo y presión, y una electrónica/software usados para controlar, en presión y flujo, la erogación de aire al paciente.

Sus principales ventajas son:

• Puede ser fabricado en serie
• Las piezas pueden obtenerse de varios fabricantes, lo que ayuda a evitar desabastecimiento en la cadena de suministro.
• No utiliza componentes médicos específicos de la cadena de suministro; no utiliza globos o elementos móviles que hacen muy difícil el control, tales como el ambu.
• Emplea principios de diseño de la mecánica de fluidos, para minimizar la dependencia de componentes específicos.
• Su funcionamiento garantiza su uso de forma permanente en el tiempo.
• El médico tratante puede modificar todos los parámetros de respiración, mediante una interfaz de usuario implementada en una pantalla táctil.

Modos de ventilación del VM Resiliencia:

• Modo de control de volumen regulado por presión (tipología PRVC), que es una evolución al clásico modo de ventilación de control sólo por volumen.
• Modo respiración espontánea con presión de soporte.

El Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnología, Cedenna, ocupa el lugar 703 en el ranking mundial SCImago 2020, junto a organizaciones como la Compañía Limitada de Motores Honda (Japón) o el Institut D'astrophysique Spatiale  (Francia). A nivel nacional se instala en el lugar 15, no obstante, es el segundo centro en esta selección que se conforma mayoritariamente por universidades.  (https://www.scimagoir.com/rankings.php?country=CHL)

El ranking SCImago evalúa a organizaciones de investigación de todo el mundo según los datos de la base Scopus de literatura científica revisada por pares, y las ordena en consideración a tres ámbitos: rendimiento de la investigación, resultados de innovación y el impacto social medido por su visibilidad en la web.

La medición alcanza de manera global a 7.026 instituciones, considerando esos tres ámbitos, y luego se desglosa por área y también por zona.

Innovación

En la selección específica de innovación, el Cedenna destaca en el segundo lugar en el país, antecedido por el Centro de Estudios Avanzados de Enfermedades Crónicas.

Este ranking de innovación mide las variables: conocimiento innovador (IK), referido a una publicación científica de una institución citada en patentes; impacto tecnológico (TI): porcentaje del resultado de la publicación científica citado en patentes (porcentaje se calcula considerando la producción total en las áreas citadas en las patentes); y patentes (PT) entendida como el número de solicitudes de patentes. 

Una visión multidisciplinaria, aplicaciones nanotecnológicas hechas en Chile y las tendencias a las que se orientan los desarrollos de la nanociencia, para dar solución a problemas que el mundo enfrenta, fueron algunos de los tópicos que un grupo de 26 profesores de distintos colegios de enseñanza básica y media, conocieron en la sexta versión del taller Pronano. El evento fue organizado por el Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnología, Cedenna, en nuestra Universidad.

La Dra. Dora Altbir, directora del Cedenna y académica del Departamento de Física de nuestra Casa de Estudios, destacó la importancia de invitar a docentes de distintas áreas científicas. “Es muy importante mostrar a los profesores que la nanotecnología requiere un enfoque multidisciplinario. Mientras más miradas concurran, los desarrollos se enriquecen”, señaló.

En el taller, los participantes tuvieron la posibilidad de conocer desde los conceptos básicos de la nanociencia hasta sus aplicaciones, como fue el caso de la conferencia “Nanotecnología como herramienta para el desarrollo de envases sustentables”, dictada por la Dra. Ana López de Dicastillo, investigadora del Centro y del Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos de la Usach, quien destacó la importancia de la nanotecnología para la industria y la economía, a través de la envases que prolongan la vida útil de los alimentos y distancian el plazo para la caducidad de algunos productos de exportación.

La posibilidad de sumar conocimientos y conversar con investigadores de distintas especialidades fue un aspecto destacado por los docentes. Es el caso de Domingo López, profesor de Biología del Colegio Agrícola Cuncumén y del Colegio Santa Inés en San Antonio: “Vine con el interés de estar actualizado, de ser un líder sobre estos conocimientos en mi colegio, para seguir aportando a mis estudiantes y ser un motivador”.

Reinaldo Cid es maestro de la Escuela San Juan de Aillinco, en Galvarino, Región de La Araucanía y fue uno de los profesores becados con pasajes para asistir a Pronano. A su juicio, es importante llevar temas científicos al aula “especialmente a estudiantes rurales y jóvenes que están empoderándose con la ciencia, los cambios y la tecnología”. El docente no dudó en recomendar el taller a más profesores.

Las charlas abordaron temas como la revolución tecnológica que ofrece la nanociencia, envases sustentables para alimentos, nuevas terapias contra el cáncer, mejoras en dispositivos gracias al uso de materiales a nanoescala, magnetismo en el uso cotidiano y como protector de la vida en la tierra, nanotecnología verde y métodos para incorporar la nanociencia al trabajo en el aula. Luego se visitaron los laboratorios de Microscopía Electrónica, Nanomagnetismo, Sensores, Magnetismo Molecular y Nanomateriales y Medio Ambiente.

Finalmente, en la feria de proyectos destacaron las exposiciones de nanociencia para el desarrollo de energías más eficientes, a cargo del Dr. Roberto Lavín; comparación entre envases provenientes de fuentes petroquímicas versus envases ecoamigables provenientes de fuentes naturales, presentado por las investigadoras Ana López de Dicastillo y Carolina Villegas; generación de nanopartículas mediante la  recuperación de basura electrónica, a cargo de los doctores Estaban Vargas y Pamela Sepúlveda; y actividades demostrativas para vincular la nanotecnología al contenido curricular de enseñanza media, expuestas por los doctores Samuel Baltazar y Javier Rojas.