Diez proyectos de investigación sobresalientes

Diez proyectos de la Universidad de Burgos han capitalizado una parte muy importante de las subvenciones del programa de apoyo a proyectos de investigación de la Consejería de Educación

Diez proyectos de la Universidad de Burgos han capitalizado una parte muy importante de las subvenciones del programa de apoyo a proyectos de investigación aprobados por la Consejería de Educación y cofinanciadas por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional.

Dentro de la Estrategia Regional de Investigación e Innovación  en la convocatoria de ayudas destinadas a las universidades de Castilla y León y centros públicos de investigación, la UBU ha logrado financiación para 10 proyectos, que han obtenido cada uno de ellos 120.000 euros de subvención. Se trata de proyectos de investigación que destacan tanto por la puntuación obtenida como por la nutrida representación de investigadoras femeninas que participan.

La concesión de subvenciones están destinadas a financiar la realización de los siguientes proyectos de investigación:

• Sondas fluorescentes en materiales nanoestructurados para la detección y modificación de toxinas medioambientales o contaminantes traza y su incorporación a estrategias terapéuticas [FLUONANO] de Tomás Torroba Pérez
• Fusión de técnicas espectroelectroquímicas avanzadas de Aránzazu Heras Vidaurre.
• Diseño y caracterización de complejos bioinorgánicos y clústeres cuánticos atómicos. Propiedades antimicrobianas en cepas resistentes. Propiedades antitumorales en la oscuridad y bajo irradiación de Begoña García Ruiz
• Materiales Avanzados. Polímeros sensores, films y tejidos como materiales inteligentes con aplicación en seguridad alimentaria, en biomedicina y otros campos tecnológicos de José Miguel García Pérez
• Aplicaciones sostenibles y saludables para la industria de bollería y panificación desde sus subproductos de Pilar Muñiz Rodríguez
• Modelización matemática en tecnologías cuánticas y nanomateriales de Ángel Ballesteros Castañeda
• Modelización mediante técnicas de machine learning de la influencia de las distracciones del conductor en la seguridad vial. Diseño de un sistema integrado: simulador de conducción, eye tracker y dispositivo de distracción de Susana García Herrero
• Valorización integral de subproductos de la industria agroalimentaria mediante tecnologías  emergentes (ALVALOR) de Sagrario Beltrán Calvo
• Desarrollo de nueva metodología en síntesis orgánica: aplicación a la preparación de moléculas con actividad biológica y a la valorización de la Biomasa de Roberto Sanz Díez
• Análisis arqueomagnéticos en materiales arqueológicos quemados de edad holocena y pleistocena de Ángel Carrancho Alonso.

La catedrática de la Facultad de Ciencias Begoña García presentó el proyecto "Diseño y caracterización de complejos bioinorgánicos y clústeres cuánticos atómicos. Propiedades antimicrobianas en cepas resistentes.  Propiedades antitumorales en oscuridad y bajo irradiación".

El descubrimiento de los primeros antibióticos cambió drásticamente nuestra calidad de vida. Por primera vez en la historia fue posible un control efectivo de enfermedades infecciosas. Desafortunadamente, el uso inadecuado de grandes cantidades de antibióticos para controlar estas enfermedades en humanos y en animales ha creado condiciones excepcionales para la aparición de bacterias multirresistentes. Según el informe 'O'Neill' 2016 (encargado por el Gobierno de Reino Unido), en el año 2050 estas bacterias causarán más muertes por resistencia a los antibióticos que el cáncer, convirtiéndose así en la primera causa de fallecimiento por enfermedad en el mundo.

Debido al uso indiscriminado de antibióticos, España se sitúa en los primeros puestos del mundo en cuanto a incidencia por bacterias multirresistentes; la amoxicilina más ácido clavulánico suponen el 50 por ciento del consumo de antibióticos en los servicios de Medicina de Familia y se consume 40 veces más que en Alemania, banalizando su uso a pesar de saber que destruye una cantidad "importante" de flora intestinal, la cual protege al organismo frente a las resistencias bacterianas. A día de hoy los mayores retos en la medicina moderna consisten en encontrar fármacos seguros, baratos y efectivos para tratar infecciones multirresistentes cuyo tratamiento ya no está asegurado en pacientes con lesiones traumáticas y en post-operatorios. Las perspectivas para el futuro son particularmente sombrías porque la fuente para el desarrollo de nuevos fármacos antibacterianos está virtualmente vacía. El número de empresas farmacéuticas dedicadas a la producción de antibióticos se ha reducido drásticamente en los últimos años. Esta falta de innovación se debe a la dificultad para encontrar mecanismos alternativos de acción para los antibióticos. Por ello, entender los mecanismos de resistencia es fundamental para el desarrollo de nuevos tratamientos.

Una de las actuales estrategias en el desarrollo de pequeñas moléculas basadas en nuevos agentes antimicrobianos se centra en la síntesis de complejos metálicos conteniendo antibióticos en su estructura. Esta aproximación tiene dos objetivos principales: 1) promover el desarrollo de nuevos fármacos con un mecanismo de acción desconocido para las bacterias patógenas, y 2) crear un mecanismo que revierta la resistencia microbiana. Comparado con los antibióticos originales, los metalo-antibióticos muestran habitualmente un aumento de la actividad antimicrobiana, específicamente frente a cepas fármaco-resistentes. Dentro de los compuestos conteniendo metales, los clústeres cuánticos de tres átomos de plata han mostrado excelente capacidad antimicrobiana.

Este proyecto trata de la síntesis de potenciales antimicrobianos con metales en su estructura y el estudio de su actividad antimicrobiana frente a bacterias hospitalarias multirresistentes (superbacterias) tales como Staphylococcus aureus MRSA, Enterococcus faecium VRS, Acinetobacter baumannii 17978 y Pseudomonas aeruginosa PAO-1. El proyecto es multidisciplinar y cuenta con químicos, biológos y médicos. Se desarrolla en la UBU en colaboración con las universidades de Santiago de Compostela y las  italianas de Palermo y Pisa. Los clústeres de plata son suministrados por la empresa de nanotecnología Nanogap, con sede en Ames (A Coruña).

El proyecto de Susana García Herrero Modelización mediante técnicas de machine learning de la influencia de las distracciones del conductor en la seguridad vial. Diseño de un sistema integrado: simulador de conducción, eye tracker y dispositivo de distracción trata de responder a las preguntas: ¿Qué influencia tiene el factor humano en la siniestralidad vial?, ¿Cómo afectan las distracciones tecnológicas en el comportamiento del conductor? y ¿Cómo mejorar el comportamiento ante las distracciones de los conductores en su etapa de formación?.

El objetivo primero del proyecto es el desarrollo de un modelo que cuantifique la influencia en la seguridad vial de las distracciones al volante. Para ello, y mediante la utilización de técnicas de Inteligencia Artificial o “Machine Learning”, se analizarán los resultados que se obtendrán de un simulador de conducción o “driver simulator”, de un rastreador de la mirada o “Eye Tracker”  y de un dispositivo de distracción.  

El segundo objetivo es el diseño de un sistema de concienciación y sensibilización para conductores sobre las consecuencias de las distracciones durante la conducción. Para ello, se diseñará un dispositivo de distracción, que sincronizado con el simulador y un “Eye Tracker” de bajo coste, generará un informe de resultados. Dicho informe dará a conocer tanto al alumno como al instructor de autoescuela el grado de distracción a través de un patrón de comportamiento asociado a cada simulación.

Susana García Herrero es directora de la Unidad de Investigación Consolidada y trabaja en proyectos de inferencia estadística para el modelado de accidentes de tráfico, accidentes laborales, condiciones de trabajo, estrés laboral y cultura de seguridad. Ha colaborado con empresas del sector privado y con instituciones públicas y actualmente colabora con el CSIC Centro Superior de Investigaciones Científicas (España), con la Southern Illinois University (EEUU) y con Westminster University (Londres).

En 2019 se trasladará durante dos meses a Londres, al departamento de movilidad y transporte de Westminster University, donde desarrollará un trabajo de investigación para analizar los principales riesgos de tráfico en grupos vulnerables como los ciclistas.

Sagrario Beltrán Calvo con su proyecto Valorización integral de subproductos de la industria agroalimentaria mediante tecnologías emergentes (ALVALOR) señala que  durante la última década se ha establecido de forma definitiva en la sociedad europea la necesidad de pasar de la actual economía lineal a una economía circular en la que la producción de residuos no es una opción, sino que cada corriente secundaria de cada proceso se constituye en alimentación de un nuevo proceso. Esta transición se ve enormemente facilitada con la transición desde una economía basada en el uso de materias primas fósiles a una economía basada en la utilización de material vegetal, a la denominada bioeconomía.

En este contexto, este proyecto tiene como objetivo general la valorización integral de diferentes subproductos de la industria alimentaria, utilizando tecnologías limpias que respeten el medio ambiente y las características naturales de los alimentos en su transformación para el consumo.

Se plantea inicialmente la valorización de algunos subproductos de interés para diferentes industrias de la Comunidad de Castilla y León, si bien, una vez establecidas las tecnologías de procesado, el proyecto queda abierto a otros subproductos de interés para otras empresas en el futuro. Los subproductos iniciales que proponemos estudiar son hojas y ramas procedentes de la poda del olivar, alperujo procedente de la producción de aceite de oliva y pieles de cebolla procedentes de la elaboración de morcilla de Burgos, en la que la cebolla es un ingrediente fundamental.

La valorización de estos subproductos presenta gran interés ya que poseen un elevado contenido en compuestos bioactivos, cada vez más valorados por la industria alimentaria, que busca productos naturales para preservar los alimentos que produce en sustitución de los aditivos sintéticos. En el caso del alperujo procedente de la elaboración del aceite de oliva virgen, el primer producto a recuperar es el aceite que contiene, que puede constituir hasta un 15 % cuando el prensado se produce en frío. En el caso de las hojas y ramas de olivo, los productos que presentan mayor interés son los antioxidantes, fundamentalmente hidroxitirosol y oleuropeína. El producto de mayor interés en la piel de cebolla es la quercetina, uno de los antioxidantes naturales con mayor potencial.

Una vez recuperados los compuestos bioactivos del material vegetal, se propone su formulación con el fin de preservar su bioactividad y mejorar sus características en cuanto a dispersabilidad y biodisponibilidad en su incorporación a otros productos alimentarios.

Finalmente, una valorización integral conlleva, además de la recuperación de todos los componentes extractables de valor que el material vegetal pueda contener, la valorización de la biomasa residual en un concepto de biorrefinería para el uso eficiente de sus tres componentes principales, celulosa, hemicelulosa y lignina.

En este proyecto proponemos la utilización de distintas tecnologías limpias y eficientes para la recuperación (e.g.: extracción con fluidos supercríticos y líquidos presurizados, extracción asistida con microondas o ultrasonidos y purificación con membranas) y formulación de los compuestos bioactivos (e.g.: homogeneización a alta presión o alta velocidad, ultrasonidos, PGSS-Drying) y la utilización de agua sub- y supercrítica para la valorización de la biomasa residual.

El proyecto de investigación “Fusión de técnicas espectroelectroquímicas avanzadas” ha sido financiado por la Junta de Castilla y León con una dotación económica de 120000 € para ejecutar en tres años, habiendo tenido la tercera mejor puntuación de toda Castilla y León. Se trata de un proyecto vinculado a la Unidad de Investigación Consolidada UIC136, dirigida por la profesora Dra. Aránzazu Heras Vidaurre del área de Química Analítica del Departamento de Química de la Universidad de Burgos.

En este proyecto participan tres investigadores de la Universidad de Burgos, una investigadora de la Universidad de Barcelona y la empresa Metrohm-DropSens.

Este proyecto es un ejemplo claro de colaboración universidad-empresa y transferencia de conocimiento a la sociedad, con un aspecto adicional muy importante que es la creación de empleo de alta cualificación, ya que supone la contratación de un investigador postdoctoral durante dos años. Los objetivos de este proyecto suponen un paso más en la fructífera colaboración iniciada hace más de seis años con la empresa DropSens. Está dirigido a continuar la apuesta conjunta de los investigadores de la UIC136 y DropSens de desarrollar instrumentos de análisis únicos y exclusivos a nivel mundial que permiten realizar medias electroquímicas y espectroscópicas de forma simultánea. Es decir, equipos y dispositivos que permiten estudiar, por ejemplo, los cambios de color de  moléculas mientras se están transformando por el paso de una corriente eléctrica. El análisis de estos datos facilita conocer el mecanismo de oxidación de esta molécula y determinar cuánto hay de la misma en, por ejemplo, medios biológicos.

Los diferentes instrumentos, celdas y software que el equipo de investigación de la UIC136 y la empresa DropSens han realizado hasta el momento a través de tres proyectos financiados por la Junta de Castilla y León han tenido gran acogida a nivel mundial, tal y como reflejan el imparable aumento de las ventas a lo largo de los años. La transferencia de conocimiento y tecnología desde la Universidad de Burgos a esta empresa y el éxito de los productos desarrollados ha llevado a que la multinacional Metrohm se interesara por los mismos, siendo actualmente co-partícipe de DropSens. Actualmente están inmersos en una gran campaña de publicidad a nivel mundial para promocionar todos estos desarrollos.

En este proyecto se quiere avanzar aún más e intentar fusionar en un solo instrumento algunos de los diferentes desarrollos realizados hasta la fecha con DropSens. Se trata de un gran reto que simplificaría mucho el trabajo de muchos investigadores a nivel mundial, permitiendo de una forma más rápida y sencilla cuantificar moléculas de muy diversa naturaleza de interés en medicina, alimentación o medioambiente, caracterizar nuevos materiales de interés en farmacia, medicina, energía o catálisis, o estudiar mecanismos de reacción claves para la industria.

Pilar Muñiz Rodríguez junto a los investigadores María Luisa González San José, Isabel Jaime Moreno, Jordi Rovira Carballido, Mª Dolores Rivero Pérez, Ana María Diez Maté, Beatriz Melero Gil, Miriam Ortega Heras, Inmaculada Gómez Bástida, Mónica Cavia Saiz desarrolla el proyecto Aplicaciones sostenibles y saludables para la industria de bollería y panificación desde sus subproductos.

La innovación alimentaria está principalmente marcada por la relación entre salud y alimentación. La tendencia general es el desarrollo de tecnologías orientadas a la obtención de alimentos más saludables, seguros, con una larga vida útil y con unas características organolépticas que satisfagan al consumidor. El consumo en España de productos industriales de bollería, galletería y cereales se ha incrementado en los últimos años en un 1,5 (MAPAMA 2017). Estos productos tienen connotaciones perjudiciales para la salud asociados a la prevalencia de obesidad, sobre todo en niños y jóvenes, al ser productos con un elevado contenido en azúcares simples, grasas trans y de alta densidad energética. La mayor preocupación por la salud, así como los nuevos hábitos de vida obliga a este sector a innovarse para obtener productos más seguros y saludables.

En este sentido, con este proyecto se pretende dar respuesta a esta demanda evaluando y caracterizando las melanoidinas, compuestos con actividades funcionales saludables y obtenidas a partir de subproductos de la industria de panificación, para su reutilización como un ingrediente natural, en productos de bollería sin que se vean modificadas las características finales del producto. La obtención de extractos de melanoidinas, por sus características antioxidantes, antihipertensiva y antimicrobianas, constituiría una ingrediente funcional. Para su obtención se partirá de subproductos de panificación con alto grado de tostado y se propone un procedimiento de reducido coste y sin el uso de disolventes orgánicos, con el que se obtendrá un extracto de melanoidinas que se incorporarán, como aditivo natural, en galletas y magdalenas, y se caracterizarán sus propiedades tecnológicas y saludables. Respecto a las propiedades tecnológicas se evaluará que la incorporación de las melanoidinas no afecte a las características finales del producto y la vida útil de los productos elaborados con las melanoidinas. Por sus características antioxidantes y antimicrobianas, se evaluará la actividad de la melanoidinas aisladas de los productos de panificación sobre la infección por Helicobacter pylori, uno de los principales patógenos bacterianos humanos implicado en patologías como la gastritis o la aparición cáncer gástrica

La principal contribución del grupo de trabajo del profesor Tomás Torroba con el proyecto de investigación Sondas fluorescentes en materiales nanoestructurados para la detección y modificación de toxinas medioambientales o contaminantes traza y su incorporación a estrategias terapéuticas [FLUONANO] ha sido el desarrollo de una nueva familia de sondas fluorogénicas altamente versátiles que muestran grandes diferencias en su fluorescencia en presencia de analitos seleccionados. Estas sondas fluorogénicas, preparadas mediante métodos de síntesis simples y directos, fueron utilizadas para la detección de contaminantes de alto impacto ambiental que actualmente no tienen métodos apropiados: toxinas en alimentos, drogas y explosivos.

El desarrollo de nuevos materiales para detección específica se logró mediante anclaje de sondas fluorogénicas a polímeros o nanomateriales de sílice de aplicación inmediata. Estas sondas fluorogénicas son adecuadas para preparar sensores químicos altamente selectivos. Mediante el desarrollo del presente proyecto nos proponemos utilizar los conocimientos desarrollados hasta el momento para la detección de nuevas dianas biológicasy medioambientales y la creación de materiales nanoestructurados para la detección de contaminantes traza en agua y alimentos. El foco de este proyecto está puesto en la investigación básica así como en la investigación transversal con un enfoque científico interdisciplinar altamente coordinado en el campo de la agroalimentación.

El proyecto utiliza una aproximación multidisciplinar con el propósito de desarrollar nuevos dispositivos moleculares fluorogénicos para la detección rápida de toxinas que puedan tener repercusión en agroalimentación y seguridad alimentaria. El proyecto, que desarrollará nuevas metodologías para la detección rápida de la presencia de agentes nocivos de origen químico o biológico, con el fin de minimizar el riesgo alimentario por contaminación accidental o provocada, pretende alcanzar sus objetivos mediante el desarrollo de nuevos métodos basados en ideas altamente innovadoras para la determinación rápida del nivel de contaminación en caso de contaminación accidental o provocada mediante tecnologías de detección y monitorización más rápida y eficiente.

Aprovechará las sinergias entre la investigación y la cooperación transversal en las técnicas necesarias para la consecución de los objetivos con vistas a la protección medioambiental y sus consecuencias para la salud humana. La investigación a desarrollar es potencialmente de importancia alta para la puesta a punto de sistemas de detección avanzados y medidas para la protección contra los riesgos de tipo químico o biológico. El proyecto se centrará en la utilización de ideas y técnicas novedosas para combatir los riesgos de los agentes contaminantes en la sociedad. El proyecto desarrollará dispositivos altamente fiables capaces de descubrir, con gran sensibilidad y especificidad, las implicaciones de las sustancias peligrosas en los alimentos. Tales dispositivos, usados en las etapas apropiadas, ayudarían a mitigar la transmisión de contaminantes al consumidor final.

El profesor del Ángel Carrancho Alonso, del Área de Prehistoria y miembro de la UIC 165 – Paleomagnetismo UBU, con su proyecto Análisis arqueomagnéticos en materiales arqueológicos quemados de edad holocena y pleistocena señala que el arqueomagnetismo es una técnica de datación que en los últimos 15 años ha experimentado un notable desarrollo especialmente en Europa occidental. Aunque para cronologías históricas puede alcanzar precisiones comparables al radiocarbono (C14), existen muy pocos estudios arqueomagnéticos en Europa occidental antes del 1er milenio a.C, por lo que su rango temporal de aplicación es aún bastante limitado (últimos 2-3 milenios).

El grupo de paleomagnetismo de la UBU es pionero en los estudios arqueomagnéticos en materiales arqueológicos prehistóricos quemados en la península ibérica, particularmente en un tipo de material conocido como “fumiers” (sedimentos antrópicos quemados en cuevas de edad holocena). Mediante el estudio arqueomagnético de materiales quemados y estructuras de combustión prehistóricas, este proyecto pretende obtener nuevos datos arqueomagnéticos (direccionales y de paleointensidad). El objetivo es por una parte, ampliar la base de datos arqueomagnética existente en la península ibérica entre aproximadamente el 6000 – 500 a.C, un período especialmente carente de datos. Esto permitirá mejorar curvas y modelos de variación secular del campo magnético terrestre e implementar la técnica de datación arqueomagnética para ese intervalo. Además, el proyecto propone análisis de paleointensidad en cerámicas prehistóricas comparando técnicas distintas.

Por otro lado, se abordarán análisis de propiedades magnéticas con el fin de caracterizar la composición, concentración y granulometría de los minerales ferromagnéticos presentes en los materiales. Estos análisis permitirán obtener información de interés arqueológico como paleotemperaturas, evaluar posibles procesos post-deposicionales o diferenciar fases de ocupación en yacimientos arqueológicos prehistóricos. Los resultados esperados del proyecto tendrán interés tanto desde el punto de vista arqueológico como geofísico. La compilación de nuevos datos arqueomagnéticos permitirá reconstruir las variaciones que ha experimentado el campo magnético terrestre en el pasado reciente y modelar su evolución temporal.  

Entre los materiales de estudio se incluyen secuencias estratigráficas de fumiers de varias cuevas peninsulares así como también una actividad de arqueología experimental donde se recrean bajo condiciones controladas estos materiales con el fin de entender sus procesos de acumulación, quema y conservación. Por otro lado, un aporte novedoso es el estudio arqueomagnético de hogares paleolíticos (ca. 55 ka BP) del Abric Romaní (Barcelona), con el fin de identificar posibles diacronías en ocupaciones neandertales. En conjunto, se trata de materiales bien conservados e independientemente bien datados, cuya edad abarca desde el Paleolítico Medio (Pleistoceno Superior) hasta fases culturales del Holoceno como el Neolítico, Calcolítico, Edad del Bronce y Hierro. Es un proyecto novedoso e interesante por la naturaleza y edad de los materiales, por las aportaciones metodológicas que realiza y por su carácter multidisciplinar con aprovechamiento para el ámbito arqueológico y geofísico. La UIC 165 (Paleomagnetismo UBU) está compuesta por 2 mujeres y 3 hombres y la totalidad del grupo de Paleomagnetismo UBU está actualmente constituido por 8 mujeres (3 doctoras, 4 investigadoras pre-doctorales y una técnico de laboratorio) y 4 hombres (4 doctores).

Por su parte, Roberto Sanz Diez con su proyecto “Desarrollo de nueva metodología en síntesis orgánica: aplicación a la preparación de moléculas con actividad biológica y a la valorización de la Biomasa” recuerda que la Síntesis Orgánica es un área de conocimiento que juega un papel decisivo para cumplir las demandas de la sociedad respecto a la disponibilidad de compuestos de interés. Esta rama fundamental de la Química permite obtener cantidades apreciables de los compuestos objetivo, posibilitando así el estudio de sus propiedades físicas y biológicas. Por ello, el desarrollo de metodologías y rutas sintéticas eficientes que permitan la preparación selectiva y práctica de moléculas con diverso grado de complejidad continúa siendo un reto fundamental. La Síntesis del siglo XXI tiene que tener muy en cuenta una serie de principios básicos para una Química más Sostenible, como son el diseño de métodos sintéticos que maximicen el aprovechamiento de materias primas renovables y utilicen reactivos con la menor toxicidad posible, y donde la catálisis y la selectividad juegan un papel fundamental.

En este contexto, se proponen dos objetivos fundamentales en este proyecto.

En el primero de ellos el diseño, desarrollo y posteriores aplicaciones en síntesis de nuevas metodologías desde diferentes aproximaciones. Mediante el empleo de catalizadores de oro pretendemos encontrar nuevos patrones de reactividad en diferentes tipos de alquinos y compuestos relacionados frente a compuestos nucleofílicos. Por otra parte, en el campo de los compuestos organolíticos funcionalizados, planteamos el estudio de la formación, estabilidad y reactividad de aniones generados por litiación de aril bencil éteres y carbamatos de O-arilo, así como su aplicación a la preparación de compuestos heterocíclicos de interés. Por último, el equipo de Roberto Sanz diseñará nuevos procesos de transferencia de átomos de oxígeno catalizados por complejos de dioxomolibdeno, con especial atención a su utilización como métodos para la obtención de compuestos orgánicos relevantes por su actividad biológica.

El segundo gran objetivo se centrará en aprovechar el conocimiento generado, fundamentalmente en el estudio de los procesos redox catalíticos, para abordar un reto muy relevante para el entorno socio-económico de la región, como es la búsqueda de reacciones para contribuir a la valorización de lignina y bioalcoholes, tales como el lactato de etilo, con la idea de preparar compuestos con valor añadido a partir de materias primas renovables procedentes de la biomasa.

Los resultados esperables del proyecto, tanto por su temática como por la capacidad del grupo para afrontarlos, pretenden ser relevantes, inicialmente desde una perspectiva de excelencia científica y, posteriormente, por sus potenciales aplicaciones prácticas en la industria farmacéutica y la de transformación de la biomasa.

El proyecto de José Miguel García Materiales avanzados. Polímeros sensores, films y tejidos como materiales inteligentes con aplicación en seguridad alimentaria, biomedicina y otros campos tecnológicos se enmarca en el campo de los materiales avanzados, materiales inteligentes. Se van a desarrollar nuevos plásticos (polímeros sensores) para la elaboración de etiquetas inteligentes. Estas etiquetas tienen forma de film, fibra (recubrimiento de fibras comerciales) y espumas (materiales micro y nanocelulares) que se consideran inteligentes porque responden ante la presencia de estímulos con un cambio de color, apreciables a simple vista y caracterizable mediante una fotografía de un móvil. El estímulo se produce por la presencia de una sustancia química de interés, que denominamos especie diana. Concretamente, las etiquetas contribuyen a dar soluciones en el ámbito de la seguridad alimentaria y en el de la salud humana.

En particular, las etiquetas, o sensores, a desarrollar van a poseer las siguientes características, desde el punto de vista del comportamiento como materiales: a) utilizables por el personal no especializado (son manejables, estables e inocuos para la salud); b) son económicos; y c) son biocompatibles. Por otra parte, su comportamiento como sensores se caracteriza por: a) su respuesta colorimétrica al estímulo (cambio de color), visible a simple vista. b) la cuantificación (determinación de la cantidad de especie química de interés) se puede llevar a cabo empleando una aplicación de teléfono inteligente, tomando una simple fotografía en el sensor.

Como ejemplos concretos de aplicación, se diseñarán y prepararán sensores para: a) el control de la cicatrización de heridas cutáneas de difícil cicatrización (determinación de la actividad proteásica en úlceras venosas); b) la detección de proteínas en orina (proteinuria), síntoma de posible daño renal; c) la detección de mercurio (metal pesado peligroso para la salud) en orina y pescado; d) de nitritos (especies útiles pero peligrosas si se encuentran en exceso) en alimentos; y e) de parabenos (especies a controlar por considerarse peligrosas para la salud en determinadas concentraciones) en cosméticos.

Muchos analistas del desarrollo científico-tecnológico afirman que estamos comenzando a vivir una “segunda revolución cuántica”. Así, en la “primera revolución cuántica”, desarrollada durante todo el S. XX, se establecieron las leyes del mundo microscópico, que como bien se conoce están basadas en la Mecánica Cuántica. Como consecuencia de ellas surgieron innovaciones tecnológicas como el transistor y el láser, que se encuentran en el núcleo de la microelectrónica y de las tecnologías actuales de la información y de las comunicaciones que configuran de manera tan decisiva nuestra sociedad.

Esta “segunda revolución” tecnológica cuántica se basaría en propiedades cuánticas que presentan sistemas de muy pocas partículas, y las “tecnologías cuánticas” que están emergiendo son consecuencia de la posibilidad de manipular controladamente estas propiedades. En particular, la posibilidad de manejar “bits cuánticos” de información (q-bits) ha abierto la puerta a la construcción de ordenadores cuánticos capaces de realizar tareas de cómputo imposibles para cualquier ordenador “clásico” actual. Por otro lado, muchos de los desarrollos en nanotecnología se basan en las propiedades estrictamente cuánticas de los nanomateriales que, como el grafeno, hemos de saber describir con precisión. Por todo ello no es extraño que la Unión Europea haya considerado esta investigación como estratégica y haya puesto en marcha en 2018 un nuevo programa de investigación en tecnologías cuánticas dotado con 1000 millones de euros para los próximos 10 años.

El proyecto que va a realizar el grupo interuniversitario de Física Matemática, coordinado por el Profesor Angel Ballesteros de la Universidad de Burgos y financiado por la Junta de Castilla y León, persigue el desarrollo de todo un conjunto de modelos matemáticos avanzados que permitan conocer y predecir el comportamiento cuántico de sistemas con pocas partículas. Se trata pues de investigación básica que pretende explotar el conocimiento acumulado por un grupo consolidado de 15 investigadores en Física Matemática de las Universidades de Burgos, Salamanca y Valladolid, orientándolo a la resolución de una selección de problemas matemáticos concretos y de interés en el ámbito de las tecnologías cuánticas y los nanomateriales.

En particular, el proyecto abordará el uso de técnicas matemáticas como los denominados “grupos cuánticos de simetría” para analizar los efectos de la mecánica cuántica en problemas de comunicación cuántica de la información (recordemos que ya se comercializan dispositivos cuánticos para la transmisión segura de la información). Por otro lado, dado que una de las propuestas más interesantes de ordenador cuántico se basa en atrapar bits cuánticos en cavidades ópticas, se pretende estudiar los modelos de óptica cuántica que describirían el comportamiento de los q-bits en dichas cavidades. Finalmente, en el ámbito de los nanomateriales va a estudiarse desde el punto de vista teórico la influencia de los defectos en grafeno y materiales relacionados, así como la influencia que tiene la curvatura de las láminas de grafeno en sus propiedades electrónicas. En definitiva, se pretende aplicar modelos matemáticos cuánticos del más alto nivel para describir sistemas con muy prometedoras aplicaciones tecnológicas.