Charlas Vive la Ciencia: La Ciencia del Siglo XXI

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La Ciencia es una materia que tiene hallazgos permanentes, todos los días aparecen nuevos antecedentes y descubrimientos que nos ayudan en el desarrollo de nuestra vida; no obstante, nunca hemos realizado un recuento de los distintos descubrimientos y la significancia que tienen éstos en nuestra vida, quizás algunos de los ejemplos podrían ser la utilización de la radiación en la medicina, entre otros.

En este contexto de aprendizaje, más de 20 estudiantes de educación media del Colegio Criaghouse fueron parte del ciclo de charlas “Vive la Ciencia 2017”, realizadas por el Centro para la comunicación de la Cienciaen conjunto con Vinculación Escolar de la Universidad Andrés Bello.

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Filtros de grafeno para obtener agua dulce a partir de agua de mar

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La creciente escasez de agua dulce y la concurrente búsqueda de mecanismos que permitan desalar agua de mar, han atraído recientemente la atención sobre el grafeno poroso como un prometedor material que sirva como filtro de sales.

Recientemente, varias técnicas han sido utilizadas para crear poros en grafeno, siendo el tamaño del poro una de las variables más importantes para generar filtros que sean efectivos. De esta forma, el grafeno se ha convertido en un material muy relevante en la búsqueda de maneras eficientes y costo-efectivas para la obtención de agua potable a partir de agua de mar para el consumo humano y la agricultura, en un escenario en el que el cambio climático exige respuestas tecnológicas de manera cada vez más rápida.

En este contexto, Walter Orellana, académico del Departamento de Ciencias Físicas de la Universidad Andrés Bello y Raúl Guerreo-Avilés, egresado del programa de Magíster en Ciencias Físicas de la misma Universidad, decidieron estudiar cómo el tamaño y la forma de los poros en grafeno afecta el bloqueo de iones y a su vez contribuye al flujo de moléculas agua a través de ellos.

Para esto, los científicos estudiaron el transporte de los iones sodio y cloruro (Na+ y Cl) a través de poros de 0,8 nanómetros de diámetro en grafeno. Para esto, se valieron de simulaciones computacionales que permite modelar el comportamiento de agua líquida y, de esta forma, poder generar modelos teóricos que permitan optimizar el diseño de los nuevos filtros de grafeno. El estudio ha sido publicado recientemente por la revista Physical Chemistry Chemical Physics, editada por la Royal Society of Chemistry.

Dinámica molecular y cálculos ab-initio

El trabajo de los investigadores de la UNAB se basó en dos aproximaciones que permiten modelar el comportamiento de átomos o moléculas.

Según el Dr. Orellana, los cálculos ab-initio son aquellos que no consideran parámetros empíricos y se basan en la mecánica cuántica, que es el formalismo de la física que describe la interacción a nivel atómico. Los cálculos de dinámica molecular ab-initio permiten la descripción de sistemas moleculares considerando la temperatura del sistema. En nuestro caso, nosotros simulamos agua líquida a una temperatura de 27 grados Celsius.”

Estudios de esta naturaleza podrían tener un gran impacto en el diseño de los futuros filtros basados en grafeno poroso, debido a sus excelentes propiedades para el bloqueo de iones como cloro o sodio, permitiendo solo trasporte de moléculas de agua y, de esta forma, generar filtros que sean eficientes en la obtención de agua dulce desde agua de mar.

En efecto, el Dr. Orellana explica que los sistemas de purificación, o desalinización de agua en nuestro caso, son de importancia fundamental debido a la escasez de agua potable en el mundo, particularmente en países con zonas desérticas como en el norte de Chile. El hecho de sacar agua del mar y transformarla en agua potable a bajo costo podría revertir este problema. Actualmente el proceso de desalinización se realiza mediante una tecnología llamada osmosis inversa y fundamentalmente requiere filtros que permitan el paso de moléculas de agua y eviten el paso de iones (cloro y sodio). Estos filtros son caros y el proceso requiere de mucha energía. Nosotros proponemos el uso de grafeno poroso para estos filtros, con tamaño de poro del orden de 1 nanómetro.”

 La revolución del grafeno

El grafeno es un material laminar de carbono, el que al estar que apilado forma la estructura del grafito. Fueron los físicos André Geim y  Konstantín Novosiólov los primeros en obtenerlo, usando una técnica basada en la extracción de algunas capas de grafito con una cinta adhesiva. El grafeno posee varias propiedades que lo han catapultado como un material revolucionario, principalmente porque conduce de manera eficiente la electricidad y el calor, es muy liviano y resistente. De hecho, Geim y Novosiólov obtuvieron el Premio Nobel de física en 2010 por sus experimentos con este material “El grafeno es un material bidimensional de carbono, con espesor de un átomo. Entre sus características más destacadas se incluye su alta resistencia y versatilidad”, explica el Dr. Orellana.

“Ya existen estudios experimentales que han mostrado la eficacia de membranas de grafeno poroso para la desalinización de agua. En estos, el filtro de grafeno fue concebido como parte de una tapa en un vaso de agua salada. Al invertir el vaso, comenzó a salir agua dulce con una eficiencia del 100% en el bloqueo de la sal y un flujo de moléculas agua altísimo, solo promovido por gravedad. En nuestro trabajo, hemos establecido el tamaño mínimo del poro y las barreras de energía requeridas para bloquear los iones, ratificando las estimaciones experimentales.”

¿Cómo funcionaría un sistema de esta naturaleza en la práctica? Para el Dr. Orellana, estas membranas de grafeno podrían ser utilizadas en plantas de desalinización a una mayor eficiencia y bajo costo. También a una escala pequeña, lo que podría implicar el diseño de sistemas para una casa o incluso portátiles. El flujo de agua y bloqueo de iones en membranas nanoporosas de grafeno es mucho mayor que en las membranas convencionales de polímeros, utilizadas en plantas de desalinización”.

Este tipo de estudios teóricos permitirá refinar el diseño de los filtros de grafeno y abaratar sus costos de producción, ya que parte importante del ajuste del diseño se puede realizar en modelos teóricos, para luego pasar a los filtros reales.

Link al estudio: Energetics and diffusion of liquid water and hydrated ions through nanopores in graphene: ab initio molecular dynamics simulation. Raúl Guerrero-Avilés and Walter Orellana. Phys.Chem.Chem.Phys., 2017, 19, 20551

Charlas Vive la Ciencia: CPDV Peñalolén Participa

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¿Qué es la odontología? ¿Se trata de una carrera profesional que tiene como único fin la extracción de piezas dentales? ¿O es una carrera que busca marcar la diferencia en la vida de las personas a través de la mejora de su imagen y autoestima, por medio de procedimientos clínicos que serán positivos en sus vidas? Estas fueron algunas de las interrogantes que planteó la Dra. Dafna Benadof en la charla realizada a más de 60 estudiantes del electivo biólogo del CPDV de Peñalolén. (más…)

Estudiantes del Colegio Barrie Montessori participan en la Charla “Una Mirada Curiosa al Mundo de la Odontología”

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La Odontología no sólo es una carrera profesional vinculada a la extracción de piezas dentales, sino que más allá de esa visión, se trata de una profesión que tiene como objetivo mejorar la vida de las personas, a través de intervenciones que los ayudarán a mejorar su dentadura en términos estéticos y que por sobre todo, colaborarán con el fortalecimiento del autoestimo del paciente. Este y otros temas son los que abarca la charla de la Facultad de Odontología de la UNAB.

En este contexto, más de 30 estudiantes de 3° y 4° medio del Colegio Barrie Montessori de Peñalolén, fueron parte del ciclo de charlas Vive la Ciencia 2017, realizadas por el Centro de Comunicación para la Ciencia, en conjunto a Vinculación Escolar de la Universidad Andrés Bello.

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Estudiantes del Electivo Biólogo del Colegio Alicante de La Florida son parte de la Charla: “Las Células y la Terapia Celular”

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La Biotecnología ha conseguido tener hallazgos que han facilitado la mejoría de las personas en diversas enfermedades, un claro ejemplo es la terapia de células madres en distintas patologías, lo que ha conseguido mejorar la salud y la calidad de las personas. (más…)

Estudiantes del Electivo Matemático del Colegio Alicante de La Florida son parte de la Charla: “Resolución de Problemas con Inteligencia Artificial”

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La tecnología es una materia de hallazgos permanentes, todos los días aparecen nuevos descubrimientos que nos maravillar y que facilitan más nuestra vida cotidiana, un claro ejemplo son las distintas aplicaciones que podemos encontrar en la web que nos permiten estar a un click de distancia de conocer direcciones, realizar traducciones, entre otros. Este y otros fenómenos que vemos diariamente tienen un común denominador, llamado Inteligencia Artificial. (más…)

Estudiantes del Colegio Craighouse School participan en la charla “Nacimiento, Vida y Muerte de las Estrellas”

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El universo es una materia de estudio permanente, todos los días aparecen nuevos descubrimientos que nos maravillan; sin embargo, hay unos que siempre han estado presentes en nuestra cotidianidad y no siempre tenemos claro su origen, el ejemplo más claro de los anterior son las estrellas.

En este contexto de aprendizaje, más de 30 estudiantes de educación media del Colegio Craighouse fueron parte del ciclo charlas “Vive la Ciencia 2017”, realizadas por el Centro para la Comunicación de la Ciencia, en conjunto conVinculación Escolar de la Universidad Andrés Bello.

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Producción de cerezas en Chile: comprendiendo el proceso de floración

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Chile ha logrado posicionarse como el mayor exportador mundial de cerezas frescas y está en una posición de liderazgo absoluto como abastecedor de cerezas para el hemisferio norte en contra-estación (temporada del año contraria a la que producen los mercados importadores). Para garantizar una buena producción de cerezas, existen diversas variedades que son plantadas principalmente en la zona centro-sur de nuestro país, dependiendo de su requerimiento de frío necesario para su floración. (más…)

Investigador UNAB integra equipo internacional que analiza desafíos epidemiológicos en acuicultura

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Durante el pasado mes de julio se llevó a cabo en Oslo, Noruega, una reunión enmarcada en el proyecto “Multi-source data Evaluation and Research Integration Tool for real-time risk analysis of infections affecting aquaculture Sustainability (MERITS)”, financiado por el Consejo de Investigación de dicho país, y que contó con la participación del académico Dr. Fernando Mardones de la Universidad Andrés Bello (UNAB).

Este proyecto busca establecer una colaboración en la investigación transfronteriza, centrada en la aplicación de métodos epidemiológicos cuantitativos con aplicaciones de innovación en el cultivo de salmón y la acuicultura. En esta etapa inicial, se intercambiaron experiencias relacionadas con el análisis de redes de movimiento de peces y la evaluación del riesgo asociado a la diseminación de enfermedades.

“En este encuentro se expusieron los tipos de estudio que se llevan a cabo en cada país y las iniciativas en curso. Se puso en común la información disponible y se discutieron formas de colaboración”, explicó el Dr. Mardones, quien es epidemiólogo de la Facultad de Ecología y Recursos Naturales y especialista en enfermedades que afectan a especies hidrobiológicas de importancia acuícola.

Colaboración internacional

Este proyecto congrega a un grupo selecto de especialistas en epidemiología de diferentes partes del mundo que han trabajado con las más importantes regiones productoras de salmón, incluyendo al Dr. Alexander Murray, de Marine Scotland Science (Escocia); la Dra. Beatriz Martínez-López, Profesora Asociada de la Universidad de California Davis, y su estudiante de doctorado, Dr. Tadaishi Yatabe; el Dr. Birgit Oidtmann, del Centre for Environment, Fisheries and Aquaculture Science del Reino Unido; el Dr. Darren Green, del Instituto de Acuicultura de la Universidad de Stirling, y el grupo del Instituto Veterinario de Noruega con los Dres. Edgar Brun, Mona Jansen y Saraya Tavornpanich, quien lidera esta iniciativa.

El Dr. Mardones señala que éste es su tercer proyecto con investigadores de Noruega, quienes trabajan activamente con la industria salmonera más grande del mundo. “En Chile tenemos un conjunto de desafíos sanitarios, por lo tanto, el intercambio de experiencias que apunten a minimizar el riesgo de las enfermedades es crucial para la sustentabilidad de nuestra industria”, indicó.

Señaló, además, que futuras actividades en el marco de este proyecto internacional incluirán la participación de académicos, investigadores y estudiantes de pre y posgrado de la Universidad, a la vez que se trabaja en un convenio de colaboración.