Las enfermedades raras tienen un aliado en Colombia

Las enfermedades raras tienen un aliado en Colombia

Una investigación para comprender las llamadas ‘enfermedades raras’ o ‘huérfanas’, como la elefantiasis o la esclerosis lateral amiotrófica que afectó durante tantos años a Stephen Hawking, evolucionó hacia el diseño de técnicas diagnósticas que se han convertido en herramientas indispensables a la hora de detectarlas. Un ejemplo es el caso del Instituto de Errores Innatos del Metabolismo (IEIM), de la Pontificia Universidad Javeriana, que en sus más de 20 años de investigación ha abordado dos factores fundamentales en este tipo de padecimientos: reconocimiento por parte de los médicos y tratamiento de los pacientes desde un enfoque multidisciplinario.

“Los síntomas de estas enfermedades son muy inespecíficos”, dice Carlos Javier Alméciga, director del Instituto. “Esto hace que, cuando hay un paciente que tiene ciertas características como letargia, vómito, rechazo a la alimentación, convulsiones o retraso en el desarrollo, normalmente lo primero que hacen los médicos con estos pacientes, que suelen ser bebés, es pensar que se trata de enfermedades comunes; después de un par de días, meses en los casos desafortunados o años en el peor de los escenarios, sospechan que puede ser una enfermedad rara”.

Estas enfermedades, que según la Ley 1392 de 2010 afectan en Colombia a menos de una de cada 2.000 personas, dañan el metabolismo de los constituyentes del ADN, es decir, de las letras que componen nuestra información genética. Alméciga señala que “al afectarse ese material genético se produce un daño en una proteína y eso lleva a que haya un daño en el metabolismo de los compuestos, lo que hace que los pacientes tengan algunas manifestaciones y características clínicas que son específicas de cada enfermedad”.

Luego de que por años las pruebas diagnósticas de este tipo de padecimientos estuvieran a cargo del IEIM, desde el 2009 se vienen aplicando en el Laboratorio de Diagnóstico del Hospital Universitario San Ignacio (HUSI). Esto permitió que se aumentara la cobertura de la población, pues se pasó de 1.203 pruebas en 2007 a más de 5.000 en 2017.

El académico y científico Luis Alejandro Barrera, pionero en el estudio de las enfermedades raras en Colombia y fundador del IEIM en 1997, apunta que “se ha logrado preparar un número considerable de médicos, bioquímicos, bacteriólogos, genetistas, neurólogos y nutricionistas, entre otros, que ya están sospechando de estas enfermedades”, lo que no sucedía antes.

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Diálogo entre la academia y la clínica

El 60% de las pruebas diseñadas y adaptadas en el IEIM identifica ácidos orgánicos y cuantifica aminoácidos, lo cual va indicando el tipo de enfermedad que adolece el paciente. El porcentaje restante diagnostica enfermedades genéticas progresivas o desórdenes en el nivel de carbohidratos del paciente, entre otros síntomas indicativos de enfermedades raras. Alméciga asegura que en el IEIM trabajan con un grupo cercano a mil de estas enfermedades producidas por daños en proteínas que afectan el metabolismo celular.

“El hecho de estar cobijados por el hospital y de trabajar de su mano nos ha permitido ampliar la cobertura, además de hacer más frecuente que los médicos sospechen de estas enfermedades. Con eso hemos ido rompiendo el paradigma de que si son raras no las conocen, y de que sigan siendo raras por su desconocimiento”, afirma Alméciga.

Sin embargo, la relación simbiótica en la transferencia de conocimientos entre la academia y la clínica ha hecho más que eso. El constante diálogo entre el instituto y el laboratorio ha enriquecido el diagnóstico y generado ideas para la innovación.

El HUSI ya es un referente a nivel nacional en cuanto a la detección de enfermedades raras, por lo que cada día llegan cerca de 25 personas a realizarse pruebas de este tipo. Pero el reto continúa porque, como enuncia Alméciga, “en muchos casos, con las herramientas que tenemos no llegamos al diagnóstico”. Eso significa que los investigadores del IEIM continúan buscando respuestas, pues son más de 7.000 las enfermedades clasificadas como raras.

“Todo esto nos llevó a explorar una nueva técnica, la resonancia magnética nuclear, con el objetivo de ofrecer eventualmente una nueva herramienta de diagnóstico. Estamos en el proceso de estandarización y evaluación de la metodología, pero ya tenemos resultados interesantes respecto a la posibilidad de identificar pacientes que con las técnicas tradicionales no podemos ver”, explica el director del Instituto, y esboza un lapso de dos años para ofrecer esta herramienta al servicio de la salud del país.

La directora del laboratorio, Claudia Cecilia Orozco, asegura que “además de la calidad de los procesos que permite la alianza, está el tema de la oportunidad de nuestros exámenes, que hace que los resultados estén para cuando el médico los requiere”. Se trata de 25 pruebas diagnósticas que cubren un número importante de enfermedades, todas ellas resultado de las investigaciones y de adecuaciones de pruebas norteamericanas y europeas diseñadas por el IEIM.

Alméciga hace énfasis en la importancia de las investigaciones en el sentido de adaptar las pruebas internacionales al contexto –genética, mestizaje, alimentación, etc.– y a las tecnologías colombianas para hacerlas más precisas.

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Un examen oportuno y preciso, continúa, “permite el desarrollo de tratamientos de manera temprana, y, en muchas ocasiones, eso no solo significa la diferencia entre la vida y la muerte, sino también entre tener o no calidad de vida”.

El diagnóstico además posibilita realizar una consejería genética con el fin de que los padres del paciente puedan tomar la decisión sobre tener un segundo hijo.

“En algunos casos, tratándose con controles, manejo nutricional y medicamentos, la persona puede tener una vida cercana a lo normal o normal. Si no se detecta la enfermedad y no se hace nada, se pueden generar cosas tan críticas como retardos mentales severos, retardos del crecimiento o se compromete la vida del paciente”, concluye Orozco.

Este es uno de los proyectos que la Dirección de Innovación de la Vicerrectoría de Investigación de la Javeriana ha apoyado para lograr la aplicación del conocimiento adquirido en tantos años de investigación. El aporte, dice la directora Fanny Almario, “se da en la estructuración de los acuerdos de transferencia para que sea un proceso gana-gana”. La disposición de los investigadores y médicos para identificar oportunidades y trabajar de manera conjunta para el desarrollo de estas pruebas beneficia a la sociedad, uno de los objetivos de la investigación científica.


Para leer más:

  • Alexander Rodríguez-López, Luisa N. Pimentel-Vera, Ángela J. Espejo-Mojica, Oscar A. Hidalgo, Shunji Tomatsu y Carlos J. Alméciga-Díaz. “Recombinant N-acetylgalactosamine-6-sulfate sulfatase (GALNS) enzyme produced in pichia pastoris as an alternative for Morquio syndrome type A ERT”. Molecular Genetics and Metabolism 123, n.° 2 (2018): S123. DOI.

 


TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN: Transferencia de conocimientos por parte del Instituto de Errores Innatos del Metabolismo al Laboratorio de Diagnóstico del Hospital Universitario San Ignacio
INVESTIGADORES PRINCIPALES: Carlos Javier Alméciga y Luis Alejandro Barrera
COINVESTIGADORAS: Olga Yaneth Echeverry y Johana Guevara
Instituto de Errores Innatos del Metabolismo, Facultad de Ciencias
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 1997-actualmente

Medicina e ingeniería se unen para salvar vidas

Medicina e ingeniería se unen para salvar vidas

El pecho de SimMan se mueve con el latido de su corazón, sus pupilas se contraen cuando el doctor Adalberto Amaya, especialista en educación médica, pone sobre ellas una linterna con luz blanca. Aunque su piel es pálida y tiene cejas cafés sutilmente delineadas sobre su frente, lo que realmente llama la atención de este peculiar paciente es que está hecho de plástico, caucho, cables y un software inteligente que reproduce las funciones fisiológicas del ser humano .

SimMan tiene forma de hombre. Es capaz de llorar, respirar, hablar, expulsar sangre e incluso fingir taquicardia, paros cardiacos, arritmias o hipertensión para poner a prueba a estudiantes y profesionales médicos en situaciones clínicas reales. Pero no está solo. SimMom, por ejemplo, es una tecnología que recrea el comportamiento de una mujer en condición de parto y las complicaciones obstétricas que pueden presentarse; LapSim , emula procedimientos laparoscópicos para mejorar las habilidades psicomotoras de los especialistas en quirófanos a través de realidad virtual, y SimBaby  es un dispositivo a escala diseñado para practicar procesos de entubación, desfibrilación y tratamientos intravenosos.

Estas novedosas herramientas hacen parte del Centro de Simulación Clínica  de la Pontificia Universidad Javeriana, una institución creada en el 2007 para facilitar procesos de aprendizaje y fortalecer las competencias médicas. En ese sentido, y teniendo en cuenta el interés de la comunidad académica por desarrollar instrumentos biomédicos para el trabajo hospitalario, Martha Lucía Zequera, diseñadora industrial javeriana y doctora en ingeniería biomédica, se interesó en crear un curso de verano para formar a estudiantes de posgrado y doctorado en el desarrollo de tecnologías emergentes, creadas para asistir a los adultos mayores.

Así nació el primer Summer School: “Emerging Technologies to Support Health Care and Independent Living ” en 2017, un evento diseñado por la Facultad de Ingeniería y la Facultad de Medicina de la Universidad Javeriana, la International Federation for Medical and Biological Engineering (IFMBE ) y la Engineering in Medicine Biology Society (IEEE).

Participantes del curso de verano en la Pontificia Universidad Javeriana sobre tecnologías emergentes para atención del adulto mayor.
Participantes del curso de verano en la Pontificia Universidad Javeriana sobre tecnologías emergentes para la atención del adulto mayor.

Pesquisa Javeriana estuvo presente durante la segunda versión del encuentro, del 25 al 29 de junio, al que asistieron 12 conferencistas internacionales como: Ratko Magjarevic, profesor titular de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Computación de la Universidad de Zagreb, Croacia; Kang-Ping Lin  Ph.D., profesor de la Universidad Cristiana Chung-Yuan de Taiwán, y  Andrew Laine, profesor de radiología de la Universidad de Columbia en Nueva York, quien destacó el trabajo que ha venido desarrollando el Centro de Simulación Clínica con los estudiantes javerianos.

Martha Lucía Zequera, coordinadora del curso de verano, le cuenta a Pesquisa Javeriana cómo desarrolla el plan de trabajo académico que tiene con los estudiantes, de qué tratan sus investigaciones y los retos que se presentan de cara al futuro.

Pesquisa Javeriana: ¿Cómo surge esta investigación?

Martha Lucía Zequera: En Latinoamérica no teníamos un curso de alto estándar para estudiantes de posgrado y doctorado en ingeniería biomédica y para hacerlo necesitábamos tener el aval de IFMBRE, IEEE y el Consejo Regional de Ingeniería Biomédica para América Latina (CORAL). Por eso, empezamos a consolidar un grupo interdisciplinario entre estas redes en 2014 con el apoyo del vicerrector académico de la Universidad Javeriana, Luis David Prieto Martínez, y el decano de la Facultad de Ingeniería, Jorge Sánchez. A la primera reunión asistieron representantes de cada entidad, de países como México, Argentina y Ecuador. Con ellos empezamos a fortalecer la idea.

PJ: ¿Qué entender por ingeniería biomédica?

MLZ: La ingeniería biomédica es la implementación de soluciones  o invenciones de ingeniería aplicadas a la medicina para preservar la vida humana y proteger el medio ambiente. Esa es la filosofía de este concepto y su aplicación en el área de la salud.

PJ: ¿Por qué decidieron orientar esta iniciativa en torno al adulto mayor?

MLZ: Tomamos como tema emergente al adulto mayor porque es una población frágil, es una población afectada, lo cual es común en América Latina. A pesar de ser una población muchas veces despreciada por su vejez, tiene mucho por contar, mucha sabiduría, por eso queremos enseñarles a los ingenieros la importancia que tiene el ser humano y cómo las tecnologías son medios que facilitan mejores diagnósticos y su calidad de vida e independencia.

PJ: En ese sentido, ¿cuál es la metodología de trabajo con los estudiantes?

MLZ: Decidimos trabajar dos grandes temas en este summer: el primero es rehabilitación porque las personas mayores están propensas a caerse e incluso tienen muchas alteraciones del equilibrio, y por otro lado las enfermedades cardiológicas. Durante las clases les enseñamos qué es, por ejemplo, un infarto y lo que se hace cuando esto ocurre para que empiecen a construir conocimiento […] Luego, durante el cierre del evento ante el Vicerrector de Investigación de la Universidad Javeriana y el grupo de profesores invitados, los estudiantes presentan una propuesta de  investigación real, clara, a partir de una señal cuantitativa.

PJ: Explíquenos un poco sobre el concepto ‘investigación real’.

MLZ: Esto significa que cada grupo de estudiantes tiene un padrino profesor de las organizaciones invitadas, quienes conforman el comité académico. Primero les presentamos a médicos quienes les cuentan sobre las características del adulto mayor, lo que en términos clínicos es normalidad y anormalidad, para que luego ellos apliquen esos conocimientos en su ingeniería a través del procesamiento de señales biológicas. Así, el ingeniero empieza a entender la fisiología desde la óptica médica y no solo desde la ingeniería para hacer un trabajo de investigación más sólido.

Ahora tenemos cuatro grupos de investigación que van a trabajar en problemas específicos; nosotros les enseñamos a manejar ‘key words’ en los cuatro casos para que ellos desarrollen la bibliografía, el estado del arte y entiendan desde la ingeniería qué es la fisiología, qué es normal y qué no lo es.

PJ: ¿Cuáles son esos problemas?

MLZ: Sus investigaciones surgen de los talleres que les presentamos. Por ejemplo, uno es sobre el análisis de la huella plantal. Allí los estudiantes deben descubrir con las técnicas de ingeniería y con los algoritmos cómo caracterizar las diferencias entre las morfologías de los pies para que un médico, en este caso, pueda diagnosticar el equilibrio de un paciente y predecir caídas a partir de sus patrones de presión.

También les presentamos talleres sobre exoesqueletos: estos son dispositivos para asistir a las personas que tienen problemas músculoesqueléticos como en el caso de los adultos mayores que tienen problemas de desviación de columna, de cadera, desgaste de meniscos o que requieren trasplante de rodilla.

Con esta información y sus inquietudes, un estudiante de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Javeriana propuso mostrar cómo un atleta de alto rendimiento puede variar su capacidad de respiración o de movilidad de acuerdo con la ubicación del sillín de su bicicleta.

PJ: ¿Qué diferencia a este encuentro de otros cursos sobre ingeniería biomédica?

MLZ: Nuestro interés es que este summer sea una red para desarrollar, innovar y hacer investigación y docencia en grupo; la diferencia es que formamos una red de ingenieros humanizados por las tecnologías, es decir que no desarrollan tecnología per se, sino una que sea incluyente y que pueda ser activa en el adulto mayor para que le garantice una mejor calidad de vida.

PJ: Una vez finalizado este encuentro, ¿cuáles son sus metas a corto plazo?

MLZ: Esperamos hacer un tercer summer. Cuando este esté maduro esperamos publicarlo en una revista especializada en ciencia, tecnología e innovación como Springer  y luego rotarlo por toda Latinoamérica. Esta es la idea, que salga de la Javeriana, que empiece a rodar y que se implementen todas las metodologías que trabajamos aquí.

También quiero decir que la oficina de Innovación de la Universidad Javeriana nos ha propuesto para el próximo año hacer un workshop de nuevas prácticas de transferencia de tecnología e innovación. Paralelamente, con IBM nos propuso hacer una maratón de nuevas ideas usando las técnicas que dimos en este encuentro.

Ciencia Javeriana de alcance mundial

Ciencia Javeriana de alcance mundial

Tras un riguroso análisis que llevó poco más de seis meses, el comité evaluador escogió dos proyectos liderados por la Pontificia Universidad Javeriana como ganadores de la Segunda Convocatoria de Ecosistema Científico, la cual hace parte del programa Colombia Científica con la que el gobierno busca tanto promover la investigación y la innovación científicas como fortalecer la calidad de la educación superior, al igual que facilitar el ingreso de estudiantes colombianos a programas de doctorado.

El proyecto de Bogotá es dirigido en su componente científico por Susana Fiorentino, bacterióloga javeriana, investigadora con postdoctorado en Inmunoterapia Antitumoral, y busca la generación de terapias alternativas contra diferentes enfermedades, entre ellas el cáncer, a partir de fitomedicamentos procesados de más de 20 plantas, algunas nativas, como el anamú, el divi divi, la guanábana o la pimienta.

En esta propuesta participan 17 instituciones universitarias y empresas tanto colombianas (las universidades del Valle, de Antioquia, la Surcolombiana, el Instituto Tecnológico del Putumayo, la Corporación Universitaria Juan N. Corpas, la Corporación Universitaria LaSallista, el Hospital Universitario San Ignacio y la firma barranquillera Procaps) como extranjeras (las universidades Sorbona y Nantes, de Francia; Federal de Rio de Janeiro y São Paulo, de Brasil; la University College of London y el Imperial London College, del Reino Unido; el Instituto Ludwig, de Suiza; y el Instituto Motffit, de Estados Unidos).

“La investigación va más allá del estudio de los componentes de las plantas; es la interacción de sistemas complejos”, comenta Fiorentino, quien explica que cada institución, a su vez, se encargará de un subproyecto que permitirá transformarlos en fitomedicamentos a través de procesos de investigación y comparación de metabolitos (metabolómica), genes (genómica) y  proteínas (proteómica): “Esos componentes mezclados pueden tener un efecto positivo en la regulación del equilibrio del cuerpo y favorecen la eliminación propia del organismo de las células tumorales”.

María Fernanda Gutiérrez, doctora en Virología y directora de Fortalecimiento Institucional del proyecto, resalta las sinergias y los apoyos que desde la Javeriana y las universidades del Valle y de Antioquia se establecerán para contribuir a los procesos de acreditación de las demás instituciones universitarias participantes de este ecosistema.


Aporte a la investigación agrícola

El proyecto de Cali es liderado por Andrés Jaramillo, ingeniero electrónico javeriano, investigador de la sede en Cali con postdoctorado en Ciencia e Ingeniería de Nanoescala; su propósito es transformar los componentes epigenéticos, genéticos, metabólicos y proteicos del arroz y la caña de azúcar, para producir semillas más resistentes a cambios del clima, con un mejor rendimiento en la cosecha y que contribuyan a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero.

En este ecosistema participan 16 entidades colombianas (Universidad Javeriana con sus sedes de Bogotá y Cali, las universidades Icesi, de los Andes, de Ibagué, del Quindío y de los Llanos, el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Cenicaña, Fedearroz y la firma Intelecto) y del exterior (el California Institute of Technology y la Universidad de Illinois at Urbana Champagne, de Estados Unidos; la Ghent University, VIB, de Bélgica; el National Institute of Agricultural Botany, del Reino Unido; y la Universidad de Tokio, en Japón).

La ‘Segunda Convocatoria de Ecosistema Científico para la Financiación de Programas de I+D+i’ fue lanzada por el presidente Juan Manuel Santos en marzo de 2017, con el propósito de desarrollar el potencial científico de las regiones colombianas y alinear la innovación científica con las necesidades del sector productivo. El programa, convocado por Colciencias, Icetex y los Ministerios de Educación y de Industria, Comercio y Turismo, contempló una financiación de más de $150.000 millones provenientes de un préstamo del Banco Mundial.

 

Marco, el vehículo javeriano en la Nasa

Marco, el vehículo javeriano en la Nasa

Cien carros diseñados para rodar sobre Marte, cada uno lleva la bandera de su país y Marco, el ‘rover’ colombiano, está listo con la tricolor. Las herramientas para recolectar muestras espaciales deben ser rápidas. En la competencia anuncian el conteo: 3, 2, 1 y se abre el partidor del Human Exploration Rover Challenge 2018 de la Nasa. La potencia de Marco, el auto creado por los futuros diseñadores industriales de la Pontificia Universidad Javeriana, depende del pedaleo de Nicolás Mondelli y Natalia Mayorga, miembros del equipo, mientras que a su costado, sobre el vehículo, una bala de oxígeno les marca el tiempo que les queda para culminar la carrera.

Son tres días de competencias y retos, pero el más importante de todos fue lograr que Marco  llegara por piezas al U.S. Space & Rocket Center, en Alabama, Estados Unidos, donde tuvo que enfrentarse a vehículos de universidades de todo el mundo para representar a Colombia y dar a conocer el trabajo que se hace en el país en términos de investigación, innovación y desarrollo de nuevas tecnologías para futuras misiones espaciales.

Fueron tres meses de trabajo y aproximadamente 40 millones de pesos lo que se requirió para que 15 estudiantes javerianos participaran en el desafío de diseño e ingeniería planteado por la Nasa. Esta propuesta empezó a inicios de 2018 cuando la Javeriana se inscribió en el concurso con el fin de que estudiantes de la Facultad de Arquitectura y Diseño participaran con propuestas innovadoras a través de sus proyectos de clase.

Los directores de departamentos y de carrera de la Facultad actuaron como jurados de votación para elegir entre 16 propuestas presentadas por grupos de trabajo. El ganador fue Marco, el auto creado por estudiantes de la clase Proyecto Máquina – Herramienta, que destacó por su diseño de tres llantas.

“Los criterios de selección fueron en principio un poco extraños porque se debía cumplir con las condiciones del reto, que eran demasiado extensas. Una de ellas fue asegurar que el centro de gravedad del auto fuera lo suficientemente bajo para garantizar la estabilidad del mismo y otro fue la innovación en el diseño de sus llantas”, dice Giovanni Viteri, diseñador industrial, magíster en Estudios Culturales, especialista en Gerencia de Producto y director del Proyecto Máquina – Herramienta.

La estrategia planteada consistió en entender el vehículo como un gran sistema compuesto por subsistemas, cada uno de los cuales estuvo a cargo de diferentes grupos de trabajo en los que se dividieron los estudiantes. Unos se encargaban de la suspensión, transmisión, estructura, otros, del sistema de seguridad y rodamientos. El objetivo final era integrar cada subsistema en un mismo proceso para reducir los tiempos. Y así nació Marco.

De acuerdo con Viteri, el nombre fue una iniciativa de los estudiantes, quienes le atribuyeron a su trabajo dos connotaciones. La primera, que “corresponde a la relación de Marte y Colombia, la correspondencia de esos dos territorios tan disímiles, y por otro lado, la idea de Marco Polo, sus viajes y su espíritu aventurero, el del viajero. Una apelación a la intención que se tiene con el vehículo”.

Sin embargo, la creación de Marco significó retos importantes para los 15 estudiantes. Desde los económicos para financiar la elaboración del auto, conseguir patrocinio de empresas, pagar los tiquetes y hospedajes al concurso en Estados Unidos, hasta los físicos y académicos.

El profesor Viteri, quien ha sido docente por más de 15 años, reconoce que una vez se enteró de que su grupo había sido seleccionado para participar en el concurso, se dirigió al Centro Javeriano de Formación Deportiva donde conversó con Cheril Londoño para lograr la titánica tarea de acondicionar físicamente a sus estudiantes para la competencia. “Los obligué a ir conmigo todos los días al gimnasio, de 6:00 a.m. a 7:00 a.m. para entrenar, ya que las pruebas dependen también de la capacidad humana para mover un vehículo, así que yo necesitaba que mis estudiantes estuvieran en forma”.


Estructura y composición de Marco

El primer paso del proyecto fue hacer un cronograma de trabajo en el que los estudiantes establecieron las fechas de entrega; sin embargo, en principio, el tiempo propuesto correspondía al doble del que se tenía para participar en el concurso de la Nasa por lo cual fue necesario reducirlo a la mitad y hacer un programa de trabajo de 24 horas.

“Los estudiantes hicieron este modelo de trabajo para que no parara ni un solo momento la producción del vehículo. Asignaron grupos de trabajo por relevos, es decir, cuando unos trabajaban los otros dormían. Todo lo hacían ahí mismo, en el taller. Eso es a lo que yo llamo una innovación”, afirma el docente javeriano y líder del proyecto.

El vehículo se hizo en aproximadamente tres meses, durante los cuales los estudiantes soldaron la estructura, fabricaron las sillas a partir de fibra de vidrio y materiales compuestos con insertos de platinas de hierro y adicionaron el sistema de transmisión del carro. Además, innovaron en la creación de las llantas. “Uno de los requisitos que tiene la Nasa respecto a las ruedas es que deben contar con un alto grado de innovación, lo que significa que no pueden tener componentes estándar como rines comunes y corrientes”, menciona Viteri.

Marco fue construido por partes, diseñadas y desarrolladas por diferentes equipos de trabajo.
Marco fue construido por partes, diseñadas y desarrolladas por diferentes equipos de trabajo.

Esta exigencia fue uno de los retos más importantes del equipo, ya que se requirió la opinión de profesionales y estudiantes de ingeniería mecánica para comprender los principios sistémicos de la rueda y posteriormente asociarlos con sus comportamientos mecánicos; fue así como introdujeron fibras naturales en la composición de este novedoso modelo y un particular corte en láser en el caucho de las llantas con la forma de una iconografía precolombina, la del hombre jaguar, que permite desalojar material durante el avance del auto. “La rueda está compuesta por fibras naturales que corresponden a una mezcla de helechos, palos de mimbre, cáñamo, poliuretano y PVC para fortalecer su estructura”, dice Juan Pablo Tibaquira, estudiante de séptimo semestre de Diseño Industrial y uno de los diseñadores del grupo.

Después de un extenso trabajo en tan poco tiempo, el resultado fue Marco, un auto mecánico de aproximadamente 95 kilos, está pintado con laca naranja, gris y negro, colores relacionados con las características cromáticas de Marte y la Luna, y mide 1,40 metros de ancho por 2,40 metros de largo. Este fue un reto a la hora de cumplir con una de las exigencias propuestas por la Nasa, la creación de un ‘rover’ plegable que pudiera introducirse en una caja de 1,50 metros por 1,50 metros.

Adicionalmente, los estudiantes se encargaron de cumplir con otro de los requerimientos del concurso: realizar actividades STEM, de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, donde se impactara con Marco a un grupo poblacional de no menos de 200 personas y posteriormente enviarle reportes de estas actividades a la Nasa.

“Lo que hicimos fue buscar los modos de impacto para hacer el registro de mínimo 200 personas. Algunos estudiantes contactaron a sus colegios, llevaron el proceso del vehículo a sus instituciones, conversamos con el director de la carrera de Diseño Industrial, Martín Gómez Jaramillo, quien nos abrió un espacio para presentar el proyecto en Expojaveriana, lo cual también nos permitió recibir retroalimentación de estudiantes de otras carreras de la Universidad”, indica Viteri.

Con el apoyo de la Javeriana, patrocinadores como La Alquería, Dago García Producciones, Bowman, Indipack y Maquicardan, donaciones voluntarias y aportes de los familiares, no solo los seis estudiantes que reglamentariamente debían estar inscritos en el concurso en representación de la Universidad asistieron a Alabama sino también la totalidad de los desarrolladores de Marco.

A la fecha, la misión de Giovanni Viteri y el grupo de estudiantes de Diseño Industrial no solo ha sido dejar una puerta abierta a las nuevas generaciones para que participen en este tipo de proyectos y den a conocer su talento, también haber construido un diseño lo suficientemente competitivo como para que la identidad javeriana se vea privilegiada con una representación digna: “Somos novatos, no hemos vivido las pruebas, no sabemos qué se hace más allá de lo que dicen las guías de la Nasa, así que vamos un poco con los ojos cerrados. Creo que, si estamos dentro de la media, es un excelente balance”, reconoce el profesor javeriano.

Marco no solo ha viajado a Alabama, también se ha presenetado en colegios de Bogotá y exposiciones universitarias, ha llegado con su innovador diseño y estructura mecánica a estudiantes y egresados de diversas áreas del conocimiento para continuar con un proceso de retroalimentación sobre este trabajo con el cual pretende inspirar a personas como usted y como yo a participar en concursos nacionales e internacionales, al igual que el grupo de estudiantes de Diseño Industrial de la Javeriana lo han hecho con el ‘rover’ colombiano que está en la Nasa.

El equipo javeriano que construyó a Marco.
El equipo javeriano que construyó a Marco.
Pasos hacia la investigación científica de punta

Pasos hacia la investigación científica de punta

Mercè Crosas, doctora en astrofísica y directora del Instituto de Ciencias Sociales Cuantitativas de la Universidad de Harvard, compartió con Pesquisa Javeriana algunos consejos para alcanzar los modelos de investigación de alta calidad y las estrategias para el manejo de grandes cantidades de información en áreas del conocimiento que aún no han sido exploradas.

La académica participó en el evento ‘Construcción de capacidades para la investigación internacional – Building Capacities for International Research’, realizado en marzo en las instalaciones de la Pontificia Universidad Javeriana, un conversatorio impulsado por la Vicerrectoría de Investigación de la institución para actualizar los estándares científicos de investigación y conocer las experiencias en la materia de uno de los centros académicos más reputados del mundo.

Durante la entrevista, Crosas ofreció recomendaciones sobre el uso datos en la era del internet y los retos que tiene la comunidad científica en el manejo de fuentes de información durante procesos de investigación. “Es fundamental saber si se tiene la infraestructura necesaria para administrar los datos, tener herramientas que les permitan a los científicos organizar la información y crear un plan con los investigadores para saber qué datos se piensan colectar y cuáles no”, resaltó.

Además, señaló que uno de los retos más importantes actualmente respecto al manejo de la información tiene que ver con “la transparencia de los datos y el uso que se les da a estos, ya que se trabaja con seres humanos y es necesario hacer estudios de cómo preservar su privacidad”.

Pesquisa Javeriana conversó con ella sobre otros temas de interés durante su estadía en Colombia. Esta es nuestra entrevista:

La confianza en la ciencia

La confianza en la ciencia

“La confianza es el principio fundamental de la comunidad científica”, le dijo Ara Tahmassian, doctor en radiología, a un auditorio de investigadores javerianos que participaron en el evento ‘Construcción de capacidades para la investigación internacional’.

Responsable de la supervisión, el desarrollo y la implementación de políticas relacionadas con el cumplimiento de regulaciones para actividades de investigación en la Universidad de Harvard, Tahmassian recalca: no es solamente la confianza entre la comunidad científica, sino también porque el público general confía en los científicos y en la ciencia.

Insiste que es necesario promover “la cultura de la responsabilidad”, donde la confianza desempeña un papel crucial: “La conducta responsable en ciencia es una responsabilidad compartida que debe convertirse en un pilar valioso de la comunidad científica”.

De acuerdo con encuestas realizadas entre 1986 y 2005, la frecuencia en fabricación o falsificación de datos en la investigación científica varía entre dos y 10 por ciento. “Una vez todos practican la cultura de la responsabilidad, esta se convierte en ‘la cultura’”, dijo.

Pesquisa Javeriana habló con Ara Tahmassian durante su estadía en Colombia. Así fue el diálogo:

EE.UU. patenta tecnología javeriana para producir luz con mínimo impacto ambiental

EE.UU. patenta tecnología javeriana para producir luz con mínimo impacto ambiental

Profesores del Departamento de Física de la Pontificia Universidad Javeriana recibieron, de manos de la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos, el reconocimiento de patente por su tecnología OLED/cristales coloidales, investigación que viene desarrollándose desde 2010 y que utiliza la nanotecnología, para favorecer procesos ambientalmente amigables. Este trabajo se enfoca en el modelamiento, diseño y fabricación de dispositivos electroluminiscentes basados en moléculas orgánicas y partículas coloidales (microscópicas, de origen orgánico).

Esta innovación javeriana, denominada OLED, pretende mejorar la tecnología LED que actualmente se utiliza para sistemas de iluminación y en pantallas de alta definición, principalmente en televisores. Al utilizar material orgánico con propiedades de semiconductor de energía, este sistema puede consolidar ventajas competitivas clave, como un bajo costo de producción, un gasto limitado de energía y una mayor emisión de luz.

Su proceso de patente inició en 2014, cuando el grupo de investigación de Películas Delgadas y Nanofotónica (GPD&NF), con la certeza de que la investigación cumplía con el nivel inventivo mínimo como para aspirar a una patente de invención, inició el respectivo trámite de la mano de la Dirección de Innovación, de la Vicerrectoría de Investigación de la Pontificia Universidad Javeriana.. Un análisis preliminar definió que, efectivamente, existía un desarrollo científico-tecnológico que debía ser protegido, por lo cual se realizaron estudios de novedad y de patentabilidad para tramitar la solicitud de patente nacional ante Superintendencia de Industria y Comercio, con el título “Método para la fabricación de una película delgada formada por un cristal coloidal infiltrado con el polímero luminiscente MDMO-PPV formado a partir de esferas de sílice (SiO2) con estructura cúbica centrada en las caras (FCC)”.

En diciembre de 2015 la investigación recibió la patente en Colombia y, en ese mismo año, la Dirección de Innovación hizo la solicitud PCT (Patent Cooperation Treaty) de la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual, la cual busca la protección en otros países ahorrando costos. Después del correspondiente estudio de mercado, se presentó la tecnología en Estados Unidos y Corea del Sur, considerando que una posible transferencia tecnológica sería más probable en lugares con una destacada infraestructura para la fabricación de dispositivos como celulares, tabletas, televisores, computadores y, en general, en la industria de iluminación. Luego de esas valoraciones, la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos aprobó la solicitud; aún se está a la espera de la respuesta de Corea del Sur.

Juan Carlos Salcedo, postdoctor en física y nanotecnología, profesor asociado del Departamento de Física de la Javeriana y líder de la investigación, plantea que este logro “pone de nuevo sobre la mesa el problema del rezago científico-tecnológico de más de 200 años que tiene el país. Ni las instituciones financiadoras nacionales, ni los centros de investigación o desarrollo tecnológico ni la comunidad científica, ni la sociedad en general, tienen claro qué es la ciencia, particularmente las llamadas ciencias físicas, exactas y naturales, ni mucho menos para qué sirve. La posición generalizada es que la ciencia es importante en la medida en que genera beneficios económicos a sectores empresariales bien definidos, lo cual no garantiza efectos necesariamente positivos en el desarrollo de procesos de conocimiento científico que corran, efectivamente, las barreras del conocimiento con independencia de su aplicación inmediata o determinada”.

Por su parte, Helena Jiménez, asesora de la Dirección de Innovación, reitera que el compromiso institucional sobre el desarrollo de procesos de protección intelectual y tecnológica se centra en los procesos de transferencia del conocimiento desde la académica hacia los diferentes sectores de la sociedad. “Desde esta oficina se hacen los esfuerzos necesarios para la búsqueda de aliados estratégicos con el fin de transferir la tecnología, ya que su misión más importante es lograr impactar el sector productivo a nivel nacional o internacional con las investigaciones que se generan al interior de la Universidad”. Asimismo, explica que, debido a las limitaciones de la industria colombiana, se buscaron mercados externos para consolidar esta transferencia.

Patente Rec2

Patente javeriana en lucha contra el cáncer

Patente javeriana en lucha contra el cáncer

Luego de más de 15 años de investigación sobre la planta Caesalpinia spinosa, comúnmente conocida como dividivi, investigadores de la Pontifica Universidad Javeriana y de la Fundación Universitaria Juan N. Corpas recibieron la aprobación en los Estados Unidos de una patente para producir fitomedicamentos (medicamentos derivados de una planta) para el tratamiento del cáncer.

La patente aprobada protege una combinación de compuestos derivados del ácido gálico presente en el dividivi, árbol que crece en la región andina colombiana. Dicha combinación ya fue patentada en Colombia en 2015 y actualmente se encuentra en trámite una solicitud de patente en Brasil y otra en Canadá.

Luego de un estudio de patentabilidad (proceso para definir si la tecnología es apta para ser patentada), la Dirección de Innovación de la Javeriana apoyó a los investigadores en la redacción de la solicitud de patente y los asesoró en la definición de los países donde debería presentarse para su aprobación. Esta estrategia engloba mucho más que solo la patente y le apuesta a la creación de una empresa productora y comercializadora de fitomedicamentos que sirvan como coadyuvantes en los tratamientos convencionales contra el cáncer.

Susana Fiorentino, docente investigadora del Departamento de Microbiología de la Javeriana y líder de la investigación, asegura que esta nueva protección le da mayor valor al futuro fitomedicamento, generando así transferencia de conocimiento para que las empresas que adquieran la patente tengan mayor probabilidad de desarrollar productos con un alto impacto en el mercado.

El trabajo con el dividivi que ha realizado con su grupo de investigación y los resultados de sus investigaciones para realizar fitomedicamentos han sido publicados anteriormente por Pesquisa Javeriana.


 

Dividivi C

Capillas doctrineras: a prueba del tiempo y de la historia

Capillas doctrineras: a prueba del tiempo y de la historia

Hoy en día, en la zona cundiboyacense, existen 125 capillas doctrineras, muchas construidas entre los siglos XVI y XVIII. De acuerdo con los relatos de los cronistas, numerosas capillas erigidas en esta época desaparecieron o se vieron seriamente afectadas por movimientos telúricos. A pesar de este riesgo, apenas 14 han sido declaradas como monumentos nacionales y cuentan con medidas de protección y preservación.

La mayor parte de estas construcciones fueron edificadas con las técnicas de la época, entre las cuales, como es de imaginar, no se tenía en cuenta la sismorresistencia, lo que significa que los templos, testimonio vivo de nuestra historia, están en riesgo.

Conscientes del reto que implica la conservación de este patrimonio a nivel técnico, la arquitecta Cecilia López y el ingeniero Daniel Ruiz, de la Pontifica Universidad Javeriana, desarrollaron una investigación en la que dialogan las dos disciplinas y cuyos resultados plantean estrategias para que estos tesoros históricos sobrevivan al paso del tiempo y a la fuerza de la naturaleza.


Tesoros hechos de tierra

Con la llegada de los españoles a nuestro territorio, la vida de los indígenas cambió de manera radical: se instauró un nuevo orden social, político y cultural de la mano del adoctrinamiento en la fe cristiana. Entre los años 1500 y 1800 las iglesias fueron las construcciones más importantes de los nuevos pueblos; constituían uno de los ingredientes fundamentales del corazón de los territorios y fueron claves en la transformación que dio paso a una fusión cultural, de la cual somos fruto como nación.

Estos templos son vestigios en los que es posible escrutar la transformación de buena parte del territorio colombiano. La capilla doctrinera y la plaza central formaban un eje a partir del cual se desarrollaba la disposición de las calles y manzanas. “Las capillas eran lugares de encuentro social, puntos de referencia urbana, lugares de eventos culturales y de participación en actividades religiosas. Adicionalmente, eran el punto de partida de los misioneros para extender las actividades de adoctrinamiento en los nuevos territorios conquistados”, explica Cecilia López.

Según las Leyes de Indias, las capillas doctrineras Para la cubierta se usaba el sistema de par y nudillo, es decir, eran cubiertas a dos aguas, soportadas sobre estructuras de madera que, a su vez, sostenían un tendido hecho con cañas, cubierto con barro y tejas.
Según las Leyes de Indias, las capillas doctrineras se soportaban sobre estructuras de madera que, a su vez, sostenían un tendido hecho con cañas, cubierto con barro y tejas.

De acuerdo con lo establecido en las Leyes de Indias y en los contratos de construcción, los colonos tenían instrucciones claras sobre cómo debían edificarlas: tener entre 8,4 y 10,1 m de ancho, entre 42 y 45 m de largo y una altura aproximada de 5 m. Para la cubierta se usaba el sistema de par y nudillo, es decir, eran cubiertas a dos aguas, soportadas sobre estructuras de madera que, a su vez, sostenían un tendido hecho con cañas, cubierto con barro y tejas. La capilla mayor debía ser cuadrada u ochavada (que formaba un polígono de ocho ángulos). En cuanto a la iluminación, debían tener diez ventanas: seis para el cuerpo de la iglesia y cuatro para el presbiterio.

“Las capillas eran lugares de encuentro social, puntos de referencia urbano, lugares de eventos culturales y de participación en actividades religiosas. Adicionalmente, eran el punto de partida de los misioneros para extender las actividades de adoctrinamiento en los nuevos territorios conquistados”.

Cecilia López
Arquitecta y docente, Universidad Javeriana

Aunque no todas cumplían al pie de la letra con estas reglas, en lo que sí coincidían era en que todas estaban construidas en adobe y tapia pisada, lo que hoy se conoce como ‘construcción en tierra’. Significa que se levantaban a partir de adobes o segmentos de muros hechos de una mezcla de tierra y otros materiales sin cocer, es decir, secados al sol. “Hoy en día esta técnica está prohibida en la construcción, pues se ha demostrado que es poco segura, especialmente en caso de que ocurran sismos y terremotos”, explica Ruiz.

Sorprendentemente, muchas de nuestras capillas doctrineras aún se encuentran en pie; sin embargo, son vulnerables a los terremotos, sucesos en los que estarían en peligro no solo los inmuebles, sino, sobre todo, las vidas humanas. Por este motivo, los investigadores se dieron a la tarea de poner a prueba versiones a escala de 1:50 de las iglesias reales utilizando técnicas descritas en otros estudios, como recubrir los muros con estructuras de mallas de acero o de madera. Cada una de estas técnicas fue probada en dos condiciones: por la cara interna y externa de los muros y solo por la cara externa.

En la mesa vibratoria del Laboratorio de Pruebas y Ensayos de la Javeriana se puso a prueba la sismorresistencia de las pequeñas capillas; allí fueron sometidas a un movimiento equivalente al de un sismo de 7,6 de magnitud y con epicentro a 40 km, acorde con la amenaza sísmica real de Bogotá.

Se constató que, tanto si el refuerzo estaba por dentro y por fuera o solo por fuera, la mejor técnica para preservar la construcción es el refuerzo en madera. Ruiz explica que esta técnica de maderas de confinamiento logró que los muros reforzados por una sola cara tuvieran un nivel de desplazamiento menor a la mitad del desplazamiento frente al de los modelos sin refuerzo.

Por su parte, cuando se reforzaron con madera ambas caras de los muros, los niveles de desplazamiento se redujeron a la séptima parte de los movimientos de los muros sin refuerzo. “Así, ante un sismo con una magnitud mayor a 7,0 en la escala de Richter, el movimiento de las capillas reforzadas se reduce en al menos el 50 %, y en ninguno de los casos la estructura reforzada colapsaría”.

En la mesa vibratoria del Laboratorio de Pruebas y Ensayos se probó la sismorresistencia de las capillas construidas a escala, una vez los investigadores aplicaron técnicas de recubrimiento en sus muros.
En la mesa vibratoria del Laboratorio de Pruebas y Ensayos se probó la sismorresistencia de las capillas construidas a escala, una vez los investigadores aplicaron técnicas de recubrimiento en sus muros.

Esta investigación es el culmen de 15 años de trabajo en aspectos históricos, arquitectónicos, de análisis del material y comportamiento estructural. “Todos estos años hemos trabajado juntos de forma continua y aunque estos son los resultados de la última investigación, no se habría podido llegar al conocimiento tan preciso que ahora tenemos si no hubiéramos realizado todas las investigaciones previas”, expone López.

Este trabajo conjunto es un buen ejemplo de cómo, al tender puentes entre disciplinas, se pueden hallar respuestas a problemas cotidianos, como preservar la memoria arquitectónica y cultural, sintetizada en las capillas doctrineras, así como en otras edificaciones patrimoniales construidas en tierra que deben ser protegidas. “Con la información obtenida se pretende implementar estos sistemas de refuerzo en distintas tipologías que igualmente tiene gran valor arquitectónico y cultural para nuestra nación”, concluye López.


TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN: Ensayos en mesa vibratoria de capillas doctrineras a escala, con o sin refuerzo
INVESTIGADORES PRINCIPALES: Cecilia López Pérez y Daniel Ruiz Valencia
Grupo de investigación Materiales y Estructuras
Departamentos de Arquitectura y de Ingeniería Civil
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2014-2015

Vías más duraderas gracias a los nanomateriales

Vías más duraderas gracias a los nanomateriales

La historia de vida de un pavimento parece estar basada en la de un héroe trágico de la Grecia antigua. Ya sea en asfalto o concreto, debe resistir las peores pruebas de esfuerzo, fatiga, peso, altas temperaturas y lluvia a las que se enfrentará día tras día hasta su desgaste total. La construcción creciente de vías y autopistas que conecten el país hace necesario pensar que los materiales que las sustentan sean de la mayor durabilidad posible, lo cual, en el mejor de los casos, es de siete u ocho años, y en el peor, de dos y medio a tres.

Bajo este interés, el grupo de investigadores javerianos liderado por el ingeniero civil Fredy Reyes Lizcano, master en Geotecnia y Estructuras y doctor en Ciencias del Ingeniero, se orientó por explorar materiales que pudieran añadirse a la mezcla asfáltica y así mejorar su desempeño y durabilidad. En este camino su exploración se cruzó con las potencialidades de los nanomateriales, pues los asfaltos suelen modificarse al recurrir a elementos como los plásticos o el caucho.

“El sueño de un investigador es solucionar todas las características de resistencia mecánicas que deben tener estos materiales: mejoras en fatiga que alarguen la vida útil del pavimento, aumento en los módulos dinámicos de las mezclas (más resistencia) y que sean menos deformables a los cambios de temperatura. Los polímeros arreglan una u otra característica, pero con estos materiales vimos que era factible que todas las circunstancias mejoren”, indicó Reyes.

El equipo encontró que las mezclas asfálticas modificadas, es decir, que contenían adición de nanoparticulas de carbono, resistían hasta el doble de tiempo que las mezclas normales o modificadas con otros materiales.

El asfalto en Colombia mantiene unas características controladas pues su fabricación solo está a cargo de Ecopetrol, que genera una producción estandarizada llamada asfalto 60/70, el cual, para ser puesto sobre la vía, debe combinarse con piedras y rocas que sirven de piso a la mezcla. A esto se le denomina agregados y, en nuestro país, al ser las cordilleras muy jóvenes, no cuentan con la dureza idónea para darle durabilidad a la mezcla asfáltica. Dado el clima lluvioso, se aceleran en tiempos muy cortos los daños y cambios del asfalto por la humedad.

Ante esta problemática surge la experimentación con elementos que presenten desde el ámbito químico y físico la mejor combinación de características que aporten a un asfalto de mejor calidad. “Buscamos un material que solucione variables como la adherencia, esa disposición del asfalto a pegarse mejor con los agregados o piedritas y la cohesión, que no lo destruya el agua. Que sea un material más resistente a la intemperie”, indica Reyes.

Esa búsqueda de mejores materiales llevó al equipo de ingenieros javerianos a cruzar sus caminos con la química. Desde esa área del conocimiento, las nanopartículas de carbono no eran un producto deseable sino un residuo que resultaba del interés por producir hidrógeno; de esta forma se combinaron dos intereses: lo que para uno era un desperdicio que no sabían cómo aprovechar era de vital utilidad para las investigaciones de otro campo del saber. Así se inició un trabajo para lograr en laboratorio la síntesis de los nanotubos.


Dame una nano-partícula

Los nanotubos de carbono son una formación generada artificialmente a partir de su síntesis mediante ciertos procedimientos químicos. Son láminas de grafeno (una de la formas químicas que adquiere el carbono) que se han cerrado de forma cilíndrica como si fueran tallos de bambú infinitamente diminutos y pueden contener una o varias paredes. Si lo comparamos con otros elementos tendríamos que los nanotubos no miden más de 100 nanómetros (los virus llegan a 50 nanómetros y las proteínas y el ADN, a un nanómetro).

“Los nanotubos son materiales altamente resistentes, casi 100 veces más que el acero. Transmiten bien las condiciones de calor y los módulos de Young (resistencia) son bastante altos. Dentro del asfalto se asimilaría a poner acero dentro del concreto y, como ese procedimiento no se puede hacer, se refuerza con algo tan pequeño como un nanomaterial”, explica el profesor Reyes.

Así lucen los nanomateriales desarrollados por los investigadores javerianos. / Cortesía
Así lucen los nanomateriales desarrollados por los investigadores javerianos. / Cortesía

De la síntesis del carbono pueden salir como productos los nanotubos o las nanofibras que dependerán del número de paredes que tengan a nivel nanoscópico, e incluso tener la forma de una dona. Estos nanotubos, nanofibras y nanohebras serán más resistentes entre más paredes los conformen. “Dadas estas propiedades quisimos ver qué sucede con los asfaltos, ya que a los nanotubos no les gusta el agua y lo que queremos es que nuestros pavimentos no tengan presencia de agua dentro de la mezcla, que las expulsen”, añade Reyes.

Es en este punto donde todo el saber de la química sirvió de base para los intereses del proyecto, dado que era necesario estudiar a fondo las propiedades de los nanotubos. Así fue como se vincularon diversos docentes de ese departamento, como el químico Alejandro Pérez Flórez, doctor en Química con postdoctorado en Materiales del Instituto de Materiales en la Universidad de Sevilla, España. “Los asfaltos se desgastan fácilmente por la acción del agua y los nanocompuestos de carbono son hidrofóbicos, no les gusta el agua, entonces, ante esta propiedad y la necesidad de usar estos nanocompuestos que nosotros estábamos desechando, se estableció un trabajo conjunto con ingeniería”, explica.

Para la síntesis de los nanotubos de carbono se realiza un procedimiento llamado deposición catalítica: a través de un catalizador, un material que sirve de medio para obtener otro, se logra la producción del nanomaterial. En este caso se emplearon óxidos metálicos del cobre, niquel y aluminio como catalizadores.

Así detalla el profesor Reyes el proceso: “Ese catalizador se calcina y se dispone dentro de un tubo de cuarzo al cual se le aplica gas metano; al pasar este gas caliente se genera una combustión y se van formando los nanotubos. Es decir, ellos están creciendo a partir del niquel, al cual se adhieren, los otros dos metales ayudan a la combustión y se consumen, y al final quedan algunas impurezas que se pueden o no eliminar”.

Pérez destaca que los nanotubos son muy buenos enlazando los compuestos presentes en el asfalto. “Toman las partes más fuertes y hacen que no se separen tan pronto, evitando así el desgaste. Además, son como resortes y al poderse elongar permiten una elasticidad sin llegar a la fractura. Cuando un asfalto es demasiado rígido genera una fractura debido al peso de los vehículos”.

Este proceso se pudo concretar luego de muchas pruebas y ensayos de laboratorio para encontrar los catalizadores correctos, las relaciones químicas exactas y las condiciones idóneas para lograr la producción con mejor rendimiento de nanomateriales. “Observamos qué efectos tendrían diferentes porcentajes de adición sobre el asfalto y qué importancia, si eran de pared simple o pared múltiple, nanofibras o nanohebras”, explica Reyes.

El resultado con mayor éxito fue el que permitió que de medio gramo de catalizador se saquen cuatro o cinco gramos de nanotubos. Una cantidad aún pequeña a escala industrial pero ideal para las pruebas en la mezcla asfáltica. Este es quizás uno de los retos del proyecto, establecer una producción rentable de un material con excelentes condiciones para usarse industrialmente.


El mejor asfalto

Una vez generados los nanotubos de carbono, lo siguiente fue realizar las pruebas necesarias para evidenciar si sus características mejoraban las condiciones del asfalto. Para ello se hicieron hasta cuatro combinaciones con pavimento y la mejor relación se dio con un 2% de presencia de nanomateriales adheridos.

Los ensayos también se hicieron comparando asfalto sin modificar y el asfalto modificado tanto con impurezas (los restos de los metales usado en la síntesis) como limpios. Bajo estas condiciones se realizaron pruebas de laboratorio como el desempeño en altas temperaturas, resistencia a la deformación (Multi Stress Recovery) o la fatiga del material.

“En un asfalto convencional podemos tener 25.000% de deformación y, cuando lo modificamos con una de las mejores combinaciones de nanotubos, se logra disminuir a menos de 5.000%. Eso es cinco veces menos deformable de lo que es el asfalto natural. Caso similar ocurre con la fatiga, con una adición del 2%, en un mismo segmento deformado se logra el doble de vida útil de ese material”, expresó Reyes.

Estas ventajas para los investigadores resultan notables pues se llegan a números similares a los de otro tipo de asfaltos modificados y sin sus fallas; incluso, los rendimientos se mantuvieron en el último escenario de ensayo, el cual fue probar la mezcla junto a los agregados.

Se verificaron factores como el ahuecamiento, fatiga, los módulos dinámicos (resistencia), para así calcular qué tanto va a soportar el material instalado en la vía. “Tuvimos registros similares o mayores a los que presenta a un asfalto modificado con caucho. Esto con la ventaja de que nuestra mezcla modificada es muy flexible a la fatiga, muy resistente por el aumento de los módulos dinámicos y a temperaturas y cargas elevadas. En general, estamos obteniendo un material que puede solucionar absolutamente todo lo que afecta regularmente al asfalto”, expresa Reyes.


Una relación con química

A raíz de todos los ensayos realizados por este proyecto se robusteció el área de ingeniería civil al consolidar su laboratorio para las pruebas químicas y físicas requeridas.

Con el trabajo conjunto con el departamento de Química no solo se conoce qué es sino cómo usar este nuevo material de la manera más eficiente. “Muchos de los ensayos que se hacen en ingeniería son a nivel físico-mecánicos, de cuánto o no resiste un material, pero ahora se busca conocer a profundidad las propiedades químicas de los materiales, en estos momentos, no es suficiente decir si un material es bueno o no, si no el porqué. Internamente conocer con detalle los materiales y al tener ese conocimiento químico, podremos mejorar cada vez más sus propiedades físicas y mecánicas”, indica el profesor Pérez.

Esa visión interdisciplinar también ha sido vital desde el área de la ingeniería, “los temas no se deben resolver desde una sola disciplina sino que hay que ser multidisciplinario. Solamente visto desde la ingeniera civil se queda corto el alcance; visto desde las ciencias puras, como la química, entonces no se sabe bien la aplicación. Es necesaria la aplicación de ambos”, concluye Reyes.


TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN: Nanotubos de carbono para el mejoramiento de la mezcla asfáltica mdc-2 y del asfalto 60/70
INVESTIGADORES: Fredy Alberto Reyes (ingeniero civil, M.Sc., Ph.D.), Carlos Daza (químico, Ph.D), Alejandro Pérez (químico, Ph.D)
Facultad de Ingeniería (Departamento de Ingeniería Civil)
Facultad de Ciencias (Departamento de Química)
Grupo Cecata
Pontificia Universidad Javeriana:
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2012-2016.