*Guido A. Zapata Catzin (estudiante de Doctorado en Materiales Poliméricos-CICY)
**Gualberto A. Zumbardo Bacelis (estudiante de Doctorado en Materiales Poliméricos-CICY)
***Dr. Juan V. Cauich Rodríguez (investigador, Unidad de Materiales-CICY)
El año 2015 fue declarado por la Organización de las Naciones Unidas (ONU) como el año internacional de la luz y, con motivo de la próxima inauguración del Museo de la luz en Mérida ( ver figura 5), consideramos que es el momento adecuado para contribuir al entendimiento de la relación que tiene la luz con los materiales, específicamente con los biomateriales de origen polimérico, así como sus múltiples aplicaciones cotidianas.
La historia nos dice que, a mitad del siglo XVII, Isaac Newton fue el científico que desentrañó el misterio de la luz que tenía siglos cautivando a la gente. El llamado Experimentum crucis fue el paradigma que nos mostró la forma de entender el comportamiento de la luz. Con dicho experimento, Newton comprobó que la luz blanca se componía de una serie de rayos de colores primarios que se unen (ver figura 1).
La luz (del latín lux, lucis) es esa forma de energía que al interactuar con los diversos objetos nos permite distinguir una amplia variedad de colores e incluso formas y relieves. Es el agente físico que las hace visibles y que se propaga mediante partículas llamadas fotones, mismas que por su naturaleza tienden a comportarse como partícula o como onda. Esa parte del espectro electromagnético (400–700 nm) que es percibida por el ojo humano, es parte de nuestra vida cotidiana en múltiples formas y que a veces no asociamos con ella.
Fenómenos como el color azul del cielo, los tonos rojizos al atardecer, el arcoíris (difracción), la visualización de las partículas de luz con la entrada de los rayos de sol (efecto Tyndall) y que un lápiz se doble al entrar al agua (refracción) son fenómenos relacionados con la radiación electromagnética y la luz. El Efecto Schilieren (del alemán “raya”), es un fenómeno que nos permite ver diferencias de temperatura, presión o composición en materiales transparentes como son los gases, la visualización del efecto se debe a la desviación de la luz por un gradiente en el índice de refracción, el cual depende de la densidad del objeto observado.
El uso de la luz en la ciencia de los materiales poliméricos es muy amplio e interesante, por ejemplo, algunos polímeros llamados “fotocromáticos” están presentes en las gafas de sol polarizadas, que ayudan a bloquear la luz solar. Por otro lado, la interacción de la luz con los polímeros no solo nos brinda la posibilidad de determinar propiedades como la masa molar de un polímero (cambio en el índice de refracción o dispersión de luz) o sus dimensiones moleculares (radios de giro y distancia extremo-extremo en cadenas poliméricas) sino también la determinación de propiedades mecánicas (fotoelasticidad).
La espectroscopía Raman es ampliamente usado en polímeros debido a que la luz monocromática (láser) al interaccionar con un polímero cambia en frecuencia dependiendo de los tipos de enlaces presentes en el polímero. El uso de los polímeros en aplicaciones especializadas como la electrónica y la fotónica también dejan clara la relación de estos materiales con la luz. En la elaboración de circuitos integrados, por ejemplo, una capa delgada de un polímero (tipo Novolacs, isoprenos cíclicos, polimetacrilato de metilo) interactúa con la radiación electromagnética a través de una plantilla formando un polímero entrecruzado o degradando un polímero.
Por otro lado, los polímeros también son capaces de transmitir información mediante fotones como la fibra óptica plástica (POF) a base del polímero (PMMA), o servir como dispositivos para el almacenamiento de información (discos compactos). Algunas aplicaciones pasivas incluyen recubrimientos de fibras ópticas mediante el curado UV de epoxi acrilatos, donde la luz en las longitudes de onda del espectro electromagnético debajo de los 400 nm (Uv) incide en la química del material para formar nuevos enlaces. En términos de fotónica, los materiales poliméricos pueden exhibir comportamientos de óptica no lineal para la manufactura de guías de ondas. En este sentido, los polidiacetilenos han demostrado propiedades de óptica no lineal de segundo orden. Recientemente, se han desarrollado polímeros emisores de luz (PLED, por sus siglas en inglés) basado en polímeros semiconductores conjugados tales como el poli(vinilideno fenileno). Estos polímeros electroluminiscentes también incluyen a los politiofenos y los polifluoronenos.
Esta relación va más allá en el caso de los biomateriales de origen polimérico. Por ejemplo, en el área dental las fotopolimerizaciones (en presencia de camforquinona y aminas terciarias) son muy comunes. En biofotónica se puede apreciar la importancia de técnicas ópticas para el diagnóstico y tratamiento médico que, mediante el uso de materiales radiopacos o radiolucidos, interaccionan con ciertas longitudes de onda, generando la capacidad de distinguirlos. En este sentido, el desarrollo de materiales biocompatibles y biodegradables con propiedades ópticas, mecánicas, químicas y biológicas es deseable para el diseño de nuevos dispositivos tales como sensores ópticos para el tratamientos y detección, a través de biomarcadores, del cáncer de mama, pulmón, melanomas y linfomas. De igual forma, la terapia fotodinámica reporta beneficios para eliminar tumores, bacterias, hongos y hasta virus.
Estos biomateriales incluyen aquellos producidos por E. coli (guías ópticas biológica), polímeros naturales como el DNA (guías ópticas líquidas), seda (lentes y rejillas de difracción), quitosana (recubrimientos sensibles para humedad en sensores tipo Fabry-Perot; guía de ondas planas) y celulosa (fibras ópticas). Los polímeros sintéticos preferentemente no biodegradables como el poli(etileno glicol) se han empleado como guías ópticas en forma de hidrogeles debido a su alta transparencia y baja pérdida de luz; la poliacrilamida modificada con fosforilcolina produce hidrogeles sensores portátiles con la capacidad de registrar niveles entre 1-100 µg/mL de proteína C reactiva de manera remota y en tiempo real; el polidimetilsiloxano se ha empleado en la manufactura de espectrómetros portátiles tipo G-Fresnel para la detección de hemoglobina, así como en la producción de fibras huecas multicapas con copolímeros tribloques de poliestireno y poliisopreno para su uso en guías de luz ajustables mecánicamente o sensores ópticos de deformación.
También existen polímeros que al interaccionar con luz pueden cambiar su forma cuando reciben cierta longitud de onda específica de la luz visible, estos se conocen como polímeros con memoria de forma, los cuales pueden ser programados para tener una forma temporal y, al recibir el estímulo de luz, regresan a su forma original (ver figura 4).
El Museo de la luz, localizado en la antigua plancha (terminal de ferrocarriles de Mérida) proporcionará información sobre los avances científicos y tecnológicos en torno a la luz en todas las áreas del conocimiento. Asimismo, fortalecerá la vinculación con el sector académico y productivo mediante pláticas y otros eventos culturales que usan como pretexto a la luz. En este contexto, la Unidad de Materiales del CICY, participará activamente en la demostración de estas interacciones cuando el museo sea abierto al público.
Semblanzas
*M. en C. Guido Antonio Zapata Catzin, es Ingeniero Químico por el Instituto Tecnológico de Mérida (ITM), del Tecnológico Nacional de México (TNM), Maestro en Ciencias en Materiales Poliméricos por el Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY). Ha participado en proyectos de investigación enfocados en la síntesis y caracterización de polímeros para aplicaciones médicas, tales como injertos vasculares, liberación controlada de fármacos, apósitos para tratamiento de heridas y generación de materiales compuestos con rellenos metálicos o compuestos orgánicos en su matriz. Actualmente es estudiante de Doctorado en Ciencias en Materiales Poliméricos del CICY, Profesor de la Universidad Modelo en la Escuela de Ingeniería, en la carrera de Biomédica y Especialista de Seguridad en el Trabajo, perteneciente a la Coordinación de Salud en el Trabajo del IMSS.
**M en C. Gualberto Zumbardo-Bacelis, es Ingeniero Químico por la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Yucatán (UADY). Realizó sus estudios de maestría en el Instituto Tecnológico de Celaya, Guanajuato, en el área de nanomateriales. Actualmente, lleva a cabo sus estudios de doctorado en Materiales Poliméricos en el Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), en donde está desarrollando injertos vasculares a partir de poliuretanos segmentados para aplicaciones biomédicas. Adicionalmente, se encuentra cursando los últimos semestres de la licenciatura en Contaduría y Finanzas Públicas en la UnADM.
