Cuatro investigaciones en las que participan académicos de nuestra Facultad fueron escogidas por la Royal Society of Chemistry para formar parte de la colección temática “Celebrating Latin America Chemistry”, compartiendo el honor con otros/as investigadores/as latinoamericanos/as.
“Celebrating Latin America Chemistry” recopila un total de 132 contribuciones latinoamericanas a la química publicadas desde el año 2021 al 2024. El objetivo central de esta colección es celebrar la excelencia de la investigación latinoamericana en ciencias químicas y mostrar la calidad del trabajo que se lleva a cabo en esta área.
Una de las investigaciones que integra este listado se titula “Dual visible and near-infrared luminescence in mononuclear macrocyclic erbium(III) complexes via ligand and metal centred excitation”. Esta cuenta como autora principal a la investigadora postdoctoral de la Facultad, Dra. Yolimar Gil, además de los profesores Evgenia Spodine, Pablo Fuentealba, Jorge Manzur y, la candidata a doctora en Química, Patricia Farías Carreño. Además, incorpora la colaboración de académicos brasileños, entre ellos los Prof. Ricardo Costa de Santana de la Universidade Federal de Goiás, Andréa Simone Stucchi de Camargo y el Dr. e investigador postdoctoral Leonnam Gotardo Merízio de la Universidade de São Paulo.
El estudio presenta un completo análisis óptico centrado en la luminiscencia de conversión ascendente en compuestos de coordinación basados en el ion erbio y los mecanismos implicados en este fenómeno. Se denomina “conversión ascendente” ya que se trata de la absorción secuencial de dos o más fotones de baja energía para producir emisión de luz de mayor energía. De esta manera, se excita directamente al metal con luz infrarroja cercana para producir emisión en el espectro visible. En este trabajo, se obtuvieron las bandas de emisión en la zona verde y roja del ion erbio. Los estudios de conversión ascendente en complejos moleculares de erbio son escasos, ya que para que este fenómeno pueda ser observado, el diseño molecular debe cumplir una serie de requisitos. En los compuestos reportados en literatura sólo se han detectado las bandas de la zona verde, pero en este caso, se logró además detectar la banda de emisión roja.
Así, este equipo de investigación del Departamento de Química Inorgánica y Analítica, está abriendo un área de investigación novedosa, ya que los estudios de conversión ascendente en compuestos moleculares son escasos. “Los lantánidos son elementos que hoy tienen mucha relevancia en el campo de la tecnología, y es importante contribuir al conocimiento en esta área. La importancia se ve reflejada en sus usos, por ejemplo, los celulares contienen 13 elementos lantánidos de los 15 que existen. Además, se utilizan en la fabricación de pantallas de dispositivos tecnológicos y como agentes de contraste en medicina, entre otros. Es importante destacar que para nuestro país el trabajo desarrollado por el grupo es de gran importancia, ya que puede generar materiales de valor agregado a las reservas de tierras raras que están siendo explotadas en el país”, sostiene la Prof. Spodine.
Además, se estudió la termometría de los nuevos compuestos de coordinación, la cual tuvo un aspecto crucial. Esto debido a que no existen estudios de termometría relacionados con compuestos de coordinación de erbio. Se entiende por termometría luminiscente al estudio de la dependencia de la intensidad de las bandas de emisión de un compuesto en función de la temperatura. “Esta novedosa aplicación se ha desarrollado como una técnica no invasiva, sin contacto, para determinar la temperatura de forma indirecta en objetos que se mueven rápidamente o que se encuentran dentro del rango de la nano o micro-escala, entregando una medición precisa en cortos tiempos de medición”, detalla Prof. Fuentealba
“Nosotros incluimos en el trabajo un estudio termométrico siendo este el primero reportado para compuestos moleculares de erbio. Esto viene a darle un plus al artículo, lo que nos ha brindado esta honrosa mención. Que nuestro artículo sea destacado como un trabajo de Excelencia en América Latina es de gran importancia, ya que destaca la investigación de primer nivel que se está realizando en el grupo y que estamos a la vanguardia”, explica la Dra. Yolimar Gil.
Estudio sobre el CO2
Asimismo, fue reconocido un trabajo de investigación elaborado por el Dr. César Barrales-Martínez y la Dra. Rocío Durán, junto al Prof. Pablo Jaque, titulada “Metal-free catalytic conversion of CO2 into methanol: local electrophilicity as a tunable property in the design and performance of aniline-derived aminoborane-based FLPs”. El estudio fue publicado en la revista Inorganic Chemistry Frontiers de la RSC.
En este paper se realizó un profundo estudio del mecanismo de reacción de reducción de CO2 por FLPs basados en aminoboranos, donde se efectuó una sustitución sistemática en el centro ácido de Lewis, es decir, en átomo de B. La primera etapa corresponde a la activación de H2; este proceso depende de la acidez de Lewis, la cual ha sido medida por la electrofilia local condensada en el átomo de B. La reversibilidad de la activación de H2 impacta directamente en las reacciones de hidrogenación de CO2 y ácido fórmico, como un proceso de activación del enlace H-H es menos exergónico, más bajas son las energías de activación para los procesos de hidrogenación.
Para aquel metanol, se encontró que la descomposición de metanodiol en formaldehído y agua es crítico, ya que la hidrogenación de éste presenta una alta barrera de energía, perdiendo consecuentemente eficiencia en el ciclo catalítico. Contrariamente, la hidrogenación de formaldehído puede ser fácilmente hidrogenado a metanol al igual que CO2 y ácido fórmico.
La actividad catalítica fue analizada en términos del modelo de la amplitud energética para calcular teóricamente el TOF, el cual correlaciona bastante bien con la electrofilia local condensada en el átomo de Boro, indicando que este índice de reactividad puede ser empleado para guiar el diseño racional de sistemas óptimos para incrementar la actividad catalítica, abriendo nuevas rutas para dirigir experimentos futuros en este campo de investigación.
Esta investigación cuenta con el apoyo de la investigadora Dra. Rocío Durán, quien actualmente se ha adjudicado una plaza académica en la Universidad de la Santísima Concepción.
El estudio propone interesantes relaciones de la eficiencia catalítica de CO2 por FLPs con la electrofilia local del átomo de B, proporcionando guías para el diseño de novedosos sistemas para mitigar el efecto de este gas de efecto invernadero.
“Este estudio basado en la Química Teórica y Computacional permite mostrar cómo esta disciplina puede ser aplicada a problemas de esta envergadura. El establecer correlaciones entre actividad catalítica y propiedades electrónicas locales permite proponer guías hacia el diseño racional de novedosos sistemas. Por otra parte, este tipo de estudios sistemáticos pueden nutrir redes neuronales basadas en el espacio químico donde se espera acelerar la búsqueda de sistemas catalíticos por medio de métodos basados en machine learning”, señaló el Prof. Jaque.
Investigación sobre la enfermedad de Alzheimer
Finalmente, también aparece el trabajo del doctor en Bioquímica, Francisco Morales Zavala, y el doctor en Farmacología, Pedro Jara Guajardo, junto al Prof. Marcelo Kogan, llamada “In vivo micro computed tomography detection and decrease in amyloid load by using multifunctionalized gold nanorods: a neurotheranostic platform for Alzheimer’s disease”. Este estudio fue publicado por la revista Biomaterials Science de la (RSC).
En este paper se desarrolla una formulación que permite ayudar a detectar las placas amiloides en el cerebro, poder deshacerlas o reducir su cantidad y bajar la inflamación, ya que están involucradas en la enfermedad de Alzheimer y su erradicación en estadios tempranos puede incidir en que la enfermedad no avance. Las placas amiloides son agregados de péptidos beta amiloides, péptido que existe en condiciones patológicas y que causa neurotoxicidad.
La investigación cuenta con el apoyo de la académica de la Pontificia Universidad Católica, Dra. Alejandra Álvarez R. y, además, la plataforma experimental Bio-CT de la Facultad de Odontología de la Universidad.
El análisis plantea el desarrollo de un nuevo procedimiento contra la enfermedad de Alzheimer denominado “Teranosis”, sistema que propone el diagnóstico y tratamiento de esta patología por medio de la inyección de nanopartículas de oro.
“Se efectúa mediante la inyección de nanopartículas de oro recubiertas con péptidos, por vía intravenosa, logrando la acumulación de las mismas en los sitios del cerebro en los que se encuentran los agregados de beta-amiloide. El oro allí acumulado genera un contraste que puede ser detectado por Tomografía Computarizada (TC)”, señaló el Prof. Kogan.
Sin duda, esta investigación es una valiosa contribución en la disciplina, puesto que una vez pase los ensayos clínicos, podría generar una formulación para la detección precoz de la enfermedad y para su tratamiento oportuno.
Asimismo, fueron claves en el desarrollo de este estudio: David Chamorro, Ana L. Riveros, America Chandia-Cristi, Nicole Salgado, Paola Pismante, Ernest Giralt, Macarena Sánchez-Navarro, Eyleen Araya, Rodrigo Vásquez, Gerardo Acosta y Fernando Albericio.
Otra investigación del Prof. Kogan aparece en este volumen. Se denomina “Study of the interaction of folic acid-modified gold nanorods and fibrinogen through microfluidics: implications for protein adsorption, incorporation and viability of cancer cells” y consta de la participación de Nacaroha Orellana, Sujey Palma, Estefanía Torres, María Luisa Cordero, Valentina Vio, Juan M. Ruso, Josué Juárez, Antonio Topete, Eyleen Araya, Rodrigo Vásquez-Contreras y Natalia Hassan.
“Es un gran reconocimiento de la Royal Society of Chemistry a los grupos de investigación liderados por los profs. E. Spodine, P. Fuentealba, M. Kogan y P. Jaque, que ha seleccionado parte de sus publicaciones en la colección temática “Celebrating Latin America Chemistry”. Sin duda, esto es consecuencia de la dedicación, compromiso y trayectoria de nuestros académicos/as en cultivar las ciencias químicas en nuestra Facultad”, sostiene el director de Investigación de la Facultad.
