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Número 428
15 de septiembre de 2017

LA INVESTIGACIÓN SOBRE REDES METALORGÁNICAS,

FUNDAMENTAL EN SALUD, ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE

*Ha generado gran interés debido a las múltiples aplicaciones en las ciencias y las ingenierías


 

 

Las redes metalorgánicas (Metal-organic frameworks, MOFs) son sustancias que revolucionan la ciencia y la tecnología del presente y futuro a partir del diseño e ingeniería de moléculas y materiales.

 

Las MOFs cumplen con muchas propiedades, algunas de ellas para el tratamiento de enfermedades, a través de la liberación controlada de medicamentos con efectos benéficos para la salud; la mitigación de algunos problemas ambientales y de requerimientos de energía y para la creación de productos de alto valor agregado de utilidad industrial, en los ámbitos farmacéutico, químico, petroquímico, biológico y ecológico, entre otros.

 

El doctor Hiram Isaac Beltrán Conde, académico de la Unidad Cuajimalpa de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), dijo que el respaldo a la investigación para la generación de las MOFs resulta fundamental para la búsqueda de soluciones a las problemáticas actuales y futuras en salud, energía y medio ambiente.

 

Entrevistado en la Unidad Azcapotzalco luego de su participación en el 1er Simposio de Nanomateriales y Toxicología, el académico del Departamento de Ciencias Naturales explicó que las redes metalorgánicas son elementos denominados híbridos con propiedades fisicoquímicas, principalmente de naturaleza porosa y cristalina.

 

Durante los últimos años han propiciado gran interés debido a las múltiples aplicaciones en áreas de las ciencias y las ingenierías, incluyendo la adsorción y separación de gases y la creación de sensores y sistemas de liberación controlada de fármacos para el tratamiento de enfermedades.

 

También como sistemas confinamiento de energía; en catálisis, para la degradación de polímeros que en condiciones ambientales no se desintegran con facilidad; en el tratamiento de aguas residuales; la separación de contaminantes, y en la generación de sustancias químicas híbridas.

 

El estudio de estas estructuras y las combinaciones ilimitadas entre metales (coordinación) y ligantes (geometría) de lo que están formados las MOFs es tema de interés en investigación, ya que sus poros y cavidades están determinados por las características geométricas de sus unidades básicas de construcción.

 

El académico refirió que son materiales muy parecidos a un carbón activado o una zeolita, empleados en desintoxicación para retener nutrientes o como propiedades filtrantes, adsorbentes y catalizadores, entre otros.

 

Ese tipo de propiedades presentes en el carbón activado y los componentes relacionados, tipo MOF, las preservan de una manera similar, en forma tal que las posibles aplicaciones sean reales para contar con sistemas caseros de filtración de agua, para desintoxicar a una persona por la ingesta del exceso de un fármaco o una sustancia nociva.

 

Como ventaja, las redes metalorgánicas son factibles de modular, cambiar, incrementar o disminuir en dichas propiedades, por lo que pueden aplicarse en muchas áreas de las ciencias, ingeniería, salud, ambiente y energía.

 

Apoyados en el concepto de química reticular, las MOFs constituyen unidades de construcción secundarias denominadas Secondary Building Unit (SBUs, por sus siglas en inglés), y es debido a la unión de éstas, utilizando las moléculas orgánicas como puentes, que se generan las redes con distintas características estructurales y topológicas, dependiendo de la geometría y el grado de conectividad de la SBU y del ligante orgánico.

 

La aplicación de este principio ha dado lugar al concepto de expansión isoreticular, en el que la simple variación en la longitud de un ligando y, por ejemplo, añadiendo un grupo fenilo se producen estructuras con las mismas características geométricas, pero con diferencias en el tamaño del poro y consecuentemente en la superficie específica y en las propiedades fisicoquímicas formadas en las nuevas redes.

 

El especialista mostró durante su ponencia algunos diseños y síntesis de ligantes di- y tri-podales (dos y tres uniones químicas a SBUs) que tienen la intención de concebir componentes tipo MOF, utilizando estos nuevos ligantes.

 

En las estructuras de estos ligantes diseñados son incorporados diversos fragmentos cromofóricos con el fin de que las MOFs resultantes puedan usarse como matrices con propiedades ópticas y dando lugar a cavidades modificadas en los materiales para posibles aplicaciones.

 

El docente de la Unidad Cuajimalpa presentó la conferencia Generación de redes metalorgánicas con ligantes dipodales y tripodales ampliados y las perspectivas de investigación tanto básica como aplicada, derivadas de este tema que ya están teniendo sus dividendos.

 

El grupo de científicos desarrolla los proyectos: uno para la adsorción de pigmentos y posibles sustancias contaminantes en MOFs y su impacto ambiental y biológico; otro relacionado con la degradación de plásticos empleando las redes metalorgánicas como agentes degradadores, y uno más en el que se utilizan esos materiales para la inactivación de enzimas en frutos y alimentos derivados.

 

Además de otro estudio en el que se están llevando a cabo dopajes o impurificaciones de estos componentes con metales de transición, de las tierras raras y moléculas cromofóricas para tratar de forjar sistemas captadores de energía.

 

El académico resaltó que entre sus colaboradores de las unidades Azcapotzalco y Cuajimalpa cuentan ya con una solicitud de patente nacional en la UAM para un proceso de generación de MOFs usando condiciones de química suave y con buenos rendimientos y propiedades en los materiales resultantes, lo cual abre un horizonte de vinculación con los sectores público y privado para llevar a cabo investigación aplicada y transferencia de tecnología.

 

También cuentan con excelentes resultados en la formación de recursos humanos a nivel licenciatura y posgrado en ambas sedes académicas.

 

Beltrán Conde sostuvo que además se está integrando un equipo multidisciplinario con científicos y académicos de instituciones hermanas como el CINVESTAV, las universidades Veracruzana y Autónoma del Estado de Morelos para abordar retos más grandes relacionados con esa área.