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Un anillo de 840 metros de circunferencia en una de las zonas más bellas y exclusivas de los Alpes franceses contiene al Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón, más conocido como ESRF por su sigla en inglés. Este centro de investigación multinacional financiado por un consorcio de 21 países y ubicado en Grenoble es un acelerador de partículas de órbita cerrada, Los rayos X producidos en el ESRF son 10 billones de veces más brillantes que utilizados en hospitales o laboratorios convencionales para tomar radiografías, etc.

Cada cinco meses más de 1000 proyectos de todo el mundo “compiten” para realizar allí experimentos en la línea de Materia Blanda (ID10) del ESRF utilizando una luz con una energía de 6 gigaelectronvoltios (GeV), pero sólo entre 50 y 60 son aceptados. En marzo de este año se aprobó el uso a uno de investigadores del Instituto de Física del Sur (IFISUR) dependiente de la UNS y el CONICET.

“Cada ‘línea de luz’ del sincrotrón cuesta unos 15 mil euros por día, pero al concursar y ganar, pudimos utilizar una línea durante 6 días sin ningún costo”, explica el doctor en Física Nicolás García, docente e investigador del mencionado IFISUR. Él integra un grupo de investigación que dirige el doctor Daniel Vega, que desde el 8 de diciembre y hasta el 14 estudió una transición de fase de un copolímero bloque (que es un tipo especial de polímero)

Los polímeros son materiales que tienen, en general, una molécula de gran tamaño. Este simple hecho hace que sus propiedades físicas sean muy diferentes a los de sistemas con moléculas elementales pequeñas como son los metales o los cerámicos. Los polímeros están presentes en muchos de los alimentos o materias primas que se consumen habitualmente. Algunos de los más conocidos popularmente son el poliestireno expandido –bautizado popularmente como “telgopor”- o la noble y divertida “goma EVA”, cuyo nombre deriva de las siglas de “Etil-Vinil-Acetato”. Pero además de ellos, hay muchos más presentes en textiles, en la electricidad, en materiales utilizados para la construcción, la industria, pinturas, autopartes, juguetes, etc. Estos son los polímeros que la industria fabrica a gran escala y que en general son derivados de los hidrocarburos, pero están también los polímeros de origen natural, los llamados “biopolímeros” como por ejemplo el ADN, las proteínas o la celulosa, principal constituyente de las plantas y la biomolécula orgánica más abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre.

Los copolímeros se forman al unir dos o más polímeros químicamente diferentes con un enlace covalente conformando una nueva molécula mixta, que es también un polímero. Un aspecto muy interesante de los copolímeros es que en ciertas condiciones  físicas exhiben transiciones de fases hacia estados ordenados en la nanoescala que son de alto interés tecnológico. “Inducir y controlar esta transición es un tema que se investiga en todo el mundo con muchas técnicas diferentes, pero nuestro trabajo tiene de original que somos de los primeros que usamos dióxido de carbono supercrítico para inducir esta transición de fase. Este experimento ya se hizo en la UNS con equipos propios del Departamento de Física y del Instituto de Física, pero nunca pudimos hacerlo de manera continua”, explica García. Un fluido supercrítico es cualquier sustancia que se encuentre en condiciones de presión y temperatura superiores a su punto crítico, lo que hace que se comporte como un híbrido entre un líquido y un gas. Es decir, puede difundir como un gas, y disolver sustancias como un líquido.

En la UNS nosotros tenemos una cámara donde ponemos la muestra y exponemos el copolímero al dióxido de carbono en estado supercrítico, pero teníamos el problema de que no había forma de medir las propiedades del polímero adentro de la cámara, porque no tenemos los equipos necesarios. Lo que hacíamos era exponer el polímero, lo sacábamos y lo analizábamos con el microscopio atómico, cada tres minutos. Era un trabajo muy complejo, y siempre fuera de la cámara, con lo que se pierden muchos detalles interesantes que ocurren adentro. Igualmente fuimos capaces de probar que la transición ocurría y gracias a eso pudimos repetir el experimento en el ESRF pero observando la transición en tiempo real, mientras ocurre”, detalló.

“El uso de este equipo permitió seguir la transición en tiempo real con equipos de rayos X con la potencia necesaria. Ningún equipo de laboratorio en Latinoamérica tiene la potencia suficiente para atravesar la densa atmósfera de dióxido de carbono supercrítico y obtener información fiable de lo que ocurre con la muestra. Por eso fuimos a un sincrotrón, que es este laboratorios gigante donde se aceleran partículas y se producen rayos X de muy buena energía, con mucho ‘brillo’, capaces de proveer la información que buscamos para seguir la transición de fases en tiempo real”, agrega.

Según detalla el investigador, la información científica que van a obtener va a ser clave para hacer un modelado y terminar de entender la transición de fase midiéndola de forma continua, no segmentada. “Si uno entiende lo que pasa, después puede controlarlo y determinar cuestiones relacionadas con las aplicabilidades tecnológicas del copolímero”, se entusiasma.

Acceder a un experimento en estos laboratorios no es sencillo. Debe enviarse una propuesta que compite con iniciativas de todo el mundo y sólo se aprueban el 5 o 6%. “Se pondera la originalidad, la importancia del experimento, la capacidad del grupo… no es fácil conseguir que te den “tiempo de haz”, y menos que te den todo el que vos pedís para hacer tu experimento. Por eso nos puso muy contentos porque demuestra que estamos haciendo ciencia de vanguardia”, explica García, quien además agradeció el apoyo que brindó el director decano del Departamento de Física, doctor Alfredo Juan, para que este experimento se pueda realizar

El grupo que dirige el doctor Vega está integrado –además de García- por Anabella Abate y Leopoldo Gómez, del IFISUR, y Cristian Martín Piqueras, de la Planta Piloto de Ingeniería Química (también dependiente de la UNS y el CONICET). Con ellos colaboran Gastón Garbarino, un argentino que trabaja en el ESRF, y Armando Maestro, de la Universidad de Grenoble. “Ambos participarán desde el lugar, ya que las mediciones son prácticamente continuas, trabajando durante su día (nuestra noche) y nosotros viceversa”, dice García. También toman parte otros dos investigadores actualmente en el ESRF: el ruso Oleg Konovalov y el polaco Maciej Jankowski