Cómo la físicoquímica molecular cambiaría la contaminación en aguas

El proyecto, Fondecyt Regular adjudicado en 2018, se enmarca en el área química teórica y computacional.

A través del estudio, a nivel computacional, de los cambios que ocurren a distintos sensores químicos al interactuar con especies contaminantes, la Dra. Ximena Zárate y su equipo, buscan dar el puntapié inicial para la creación de nuevas herramientas, portables y económicas, que midan los niveles de contaminantes en agua, tierra y aire.

La doctora en físicoquímica molecular, Ximena Zárate Bonilla, nos recibe en su laboratorio donde comparte con otros científicos, estudiantes y técnicos del Instituto de Ciencias Químicas Aplicadas de la facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Chile.

De hablar pausado y moviéndose con naturalidad, nos cuenta que desde que se doctoró trabaja en química cuántica, aplicándola en el estudio de sistemas químicos, estudiando sus propiedades ópticas, fisicoquímicas, moleculares y estructurales y que, desde enero de 2015, forma parte del cuerpo académico de la Universidad Autónoma de Chile, casa de estudios donde desarrolló su investigación de Fondecyt de Iniciación sobre colorantes y su potencial como atrapadores de luz y generadores de energía eléctrica, en dispositivos fotovoltáicos como las celdas solares.

– Sabemos que ahora te has adjudicado un Fondecyt Regular ¿cómo ha sido ese camino? ¿Profundizas la misma investigación del Fondecyt Iniciación o estás desarrollando algo nuevo?

Del Fondecyt Iniciación partió el interés del estudio de las propiedades fotoquímicas de sistemas orgánicos e inorgánicos, con aplicaciones de interés mundial y actual. Al finalizar ese proyecto, postulé al Fondecyt Regular 2018 y me lo adjudiqué. Este proyecto cambia un poco el tema de investigación pero igual se enmarca en el área de la química teórica y computacional.

En esta oportunidad, me llamó la atención que, en el mundo, la legislación en cuanto al tratamiento, monitoreo y detección de desechos y de moléculas contaminantes, que afectan tanto al medio ambiente como a la vida humana, se ha vuelto más riguroso y eso ha generado un desafío para los investigadores que tiene que ver con detectar concentraciones excesivas o no permitidas de contaminantes presentes en el aire, tierra y agua.

Escucha el audio:

“Mi propuesta de investigación, en este proyecto Fondecyt Regular,  fue estudiar, a nivel computacional, sistemas [sensores] químicos que cambien sus propiedades fisicoquímicas cuando interactúan con este tipo de especies contaminantes. La idea es profundizar en sus propiedades ópticas, fotoquímicas, fotofísicas y estudiar sus mecanismos de detección”

– Específicamente ¿qué son los sensores químicos?

Los sensores son sistemas moleculares que cambian sus propiedades cuando interactúan con un analito, es decir, con un sistema de interés. En mi caso son los contaminantes, que pueden ser iones metálicos, moléculas orgánicas como solventes, etc. En el Fondecyt, usando las herramientas computacionales, queremos estudiar el tipo de interacciones que se presentan entre estos sistemas para elucidar por qué ese sistema se comporta como sensor y por qué sus propiedades cambian cuando interactúa con estas moléculas de interés.

– ¿Qué sistema se usa en la industria chilena para detectar este tipo de moléculas contaminantes?

El censado de este tipo de sistema se hace, normalmente, con química analítica como cromatografía, por ejemplo. Las desventajas tienen que ver con el costo de los equipos, el difícil traslado y que necesitan personal muy calificado para usarlos. Todo esto genera retraso. En este sentido, el avance en sensores, que se puedan utilizar como dispositivos portátiles que tú puedas llevar, como que fuera una tarjeta, directamente al lugar de interés donde están estos compuestos, está generando gran interés gracias a que son rápidos, portables y económicos. 

Escucha el audio:

“En realidad, lo que hacemos muchos químicos, es poner una lupa a la molécula, al sistema, y ver a nivel electrónico y molecular qué sucede y a partir de eso, a mayor escala, la ingeniería puede transformarlo en una aplicación, un observable, digamos”

– Cuando hablas de ?proponer nuevos sensores? ¿te refieres a nueva maquinaria, un nuevo instrumento?
En la actual propuesta, no, ya que la investigación es netamente de ciencia básica y se refiere a la compresión a nivel molecular del comportamiento químico de los sensores. En realidad, lo que hacemos muchos químicos, es poner una lupa a la molécula, al sistema, y ver a nivel electrónico y molecular qué sucede y a partir de eso, a mayor escala, la ingeniería puede transformarlo en una aplicación, un observable, digamos.

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