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UCR: Con estructuras inspiradas en la naturaleza se pretende desarrollar nuevos materiales de uso tecnológico

  • El Ciemic-UCR incursionará en un novedoso campo de investigación en el área de los materiales bioinspirados

UCR Con estructuras inspiradas en la naturaleza se pretende desarrollar nuevos materiales de uso tecnologico
Las microestructuras y propiedades mecánicas y químicas de animales como las ranas arborícolas, serán estudiadas por investigadores de la UCR para el desarrollo de nuevos materiales de uso tecnológico e industrial. – foto Gilbert Alvarado.

El velcro es un material que todos conocemos y que utilizamos en la vida diaria, pero para inventar el velcro primero se tuvo que hacer investigación científica hasta que se logró «copiar» la propiedad de algunas semillas de adherirse a la tela.

Los materiales como el velcro se conocen con el nombre de bioinspirados, ya que su creación se basó en propiedades o características de organismos biológicos que se pueden transferir al campo de la industria y la tecnología.

En la Universidad de Costa Rica (UCR), el Centro de Investigación en Estructuras Microscópicas (Ciemic) abrió una línea de investigación novedosa que tiene como objetivo trabajar con microestructuras y propiedades mecánicas y químicas presentes en la naturaleza para el desarrollo de nuevos materiales.

Como parte de las actividades de este nuevo proyecto, recientemente la UCR tuvo la visita del Dr. Christopher Bettinger, investigador de la Universidad Carnegie Mellon, en Pittsburgh, Pensilvania, quien trabaja junto a un grupo de científicos en el desarrollo de nuevos materiales a partir de estructuras bioinspiradas.

Bettinger dictó una conferencia abierta al público y se reunió con estudiantes e investigadores. «Tenemos conocimientos en química y en ingeniería de materiales e ingeniería mecánica, pero no tenemos conocimiento en biodiversidad», explicó al referirse al contexto y experiencia que sí poseen los investigadores nacionales que estudian la diversidad biológica del país.

Con su grupo de investigación, el especialista ha estudiado durante varios años estructuras poliméricas que tienen propiedades semejantes a los tejidos vivos, denominadas hidrogeles, que son utilizadas en tratamientos de heridas o liberación de fármacos en el cuerpo humano.

UCR Con estructuras inspiradas en la naturaleza se pretende desarrollar nuevos materiales de uso tecnologico2
El Dr. Christopher Bettinger, investigador de la Universidad Carnegie Mellon, en Pittsburgh, Pensilvania, trabaja en el desarrollo de nuevos materiales a partir de estructuras inspiradas en la naturaleza. – foto Karla Richmond.

Su enfoque principal son las microestructuras, así como la composición química y propiedades mecánicas de animales con mecanismos muy específicos que puedan aportar al diseño de nuevos dispositivos tecnológicos.

Así, por ejemplo, se han interesado en conocer una sustancia que excretan las almejas y los caracoles para adherirse a las superficies rocosas. «Estos moluscos estiran un músculo para pegarse, pero cuando lo hacen excretan una sustancia», señaló el científico.

Uno de los resultados exitosos fue el descubrimiento de propiedades químicas de la melanina (pigmento que se encuentra en algunas células humanas) y compuestos similares en la tinta que expulsan los pulpos como mecanismo de defensa.

Gracias a las propiedades de estas sustancias, el grupo del Dr. Bettinger diseñó una batería digerible que se usa en medicina para suministrar medicamentos a pacientes.

Otra aplicación de la melanina es la fabricación de filtros para la limpieza del agua, ya que esta sustancia tiene la capacidad de absorber metales pesados, como el mercurio y el plomo, que se pueden encontrar en el agua.

«De la combinación de estructuras y de características químicas y mecánicas de organismos pueden surgir nuevos materiales con aplicaciones en diversas áreas, especialmente en cuanto a adhesión, texturas y mojabilidad», expresó el investigador estadounidense.

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Escarabajo acuático de la familia Hydrophilidae (con cobertura para ser observado en el microscopio electrónico de barrido) y microfotografía (420X) que muestra el detalle de las setas en un área de la antena – foto cortesía Ciemic.

El científico destacó que en los estudios sobre materiales bioinspirados deben participar equipos multidisciplinarios de especialistas en áreas como química, biología, ingeniería, medicina, entre otras.

Propiedades únicas

La bióloga del Ciemic, M.Sc. Paula Calderón Mesén, expresó su interés en investigar animales que presenten características únicas y llamativas. «Nosotros tenemos el conocimiento en biodiversidad. La idea es trabajar en conjunto y estudiar diferentes organismos», afirmó.

Destacó la capacidad científica y tecnológica de este centro, el cual posee especialistas de diversas disciplinas y equipos avanzados, lo que representa una gran oportunidad para el desarrollo de dicho campo de investigación.

“Para poder estudiar la microestructura de un organismo se utiliza la herramienta de la microscopía electrónica, con la cual se caracteriza la topografía, los compartimentos, microvellosidades, entre otros, que posee la muestra y se analiza su función”, explicó Calderón.

Bettinger y el grupo investigador del Ciemic han empezado a indagar a dos grupos de animales: las ranas arborícolas y los escarabajos acuáticos.

Del primero les llama la atención el hecho de que estas ranas utilizan medios con diferentes rugosidades y húmedos para desplazarse. «Queremos estudiar las ranas de Costa Rica y entender cómo están constituidos sus dedos, cómo es que la microestructura en los dedos les ayuda a movilizarse por los árboles y hojas», indicó la Dra. Hennia Cavallini Solano, quien también forma del equipo.

Sobre el segundo, les interesa conocer las adaptaciones que estos escarabajos tienen y qué los hace ser muy diferentes a los demás. Estos coleópteros poseen un cuerpo hidrodinámico para poder nadar y ejercer menos fricción en el agua; también tienen patas modificadas y las antenas funcionan como una especie de snorkelque les permite, cuando se sumerjen, salir y tomar aire por medio de este mecanismo.

Para Calderón y Cavallini, la apertura de la nueva línea de investigación en el Ciemic abre muchas posibilidades: «A lo largo de los años, cuando uno estudia organismos biológicos comienza a observar estructuras muy interesantes que podrían ser utilizadas con diversos fines. Abrir este campo de materiales bioinspirados nos abre una gran oportunidad para poner nuestra capacidad al servicio de nuevas investigaciones», finalizó.

 

Patricia Blanco Picado

Periodista Oficina de Divulgación e Información

 

Información tomada de: http://www.ucr.ac.cr/

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UCR: Investigan la función de microorganismos en el ambiente con nueva técnica

  • Trabajo se realiza entre el Centro de Investigaciones en Estructuras Microscópicas, (Ciemic) de la UCR y el Departamento de Ecología Microbiana de la Universidad de Viena

Bacterias que se conservan en el Laboratorio de Microbiología Agrícola del CIA;
Por primera vez se capacitó en la UCR a un grupo de investigadores de distintas áreas en el uso de la técnica Hibridación Fluorescente In Situ (FISH, por sus siglas en inglés), que se utiliza para la detección de microorganismos en su ambiente natural (foto archivo ODI).

La búsqueda de un determinado microorganismo, su ubicación exacta y lo qué está haciendo se puede detectar por medio de una técnica que hasta hace muy poco tiempo no se realizaba en Costa Rica. Con la ayuda de especialistas de la Universidad de Viena, líder a nivel mundial en este campo, la Universidad de Costa Rica (UCR) acaba de capacitar a un grupo de investigadores y técnicos en la aplicación de esta moderna herramienta.

El Centro de Investigaciones en Estructuras Microscópicas, (Ciemic) de la UCR, en coordinación con el Departamento de Ecología Microbiana de la Universidad de Viena, realizó un taller del 29 de enero al 2 de febrero con la participación de 12 personas, entre estudiantes, profesores, investigadores y técnicos, interesadas en aplicar la técnica Hibridación Fluorescente In Situ (FISH, por sus siglas en inglés) a sus áreas de estudio o de trabajo.

La actividad tenía como objetivo proporcionar a los investigadores y estudiantes de la UCR una introducción teórica y práctica de la técnica de FISH, afirmó el Dr. Adrián Pinto Tomás, investigador del Ciemic y coordinador del taller.

Pinto comentó que el Departamento de Ecología Microbiana de la Universidad de Viena es líder mundial en la investigación con microorganismos y en la detección de estos en diferentes ambientes, y se han especializado en diferentes metodologías para detectar dónde están los microbios y qué están haciendo: si están activos, si se están reproduciendo o están en latencia. FISH “es la técnica de oro para decir tal bacteria está en este lugar”, detalló.

Desde hace más de una década, dicha universidad europea desarrolla un curso internacional de la técnica FISH, considerado el mejor del mundo en su categoría. En el 2016, la estudiante del Posgrado en Microbiología de la UCR, Natalia Hernández Rodríguez, realizó ese entrenamiento en Viena, lo mismo que el investigador M.Sc. Rolando Moreira Soto efectuó una pasantía de seis semanas en la capital austriaca y a su regreso a Costa Rica profundizó en esta técnica.

A raíz de estos primeros contactos, el Ciemic se interesó en explorar la posibilidad de efectuar el curso en Costa Rica, aprovechando que la Universidad de Viena tiene una estación de campo en La Gamba, en Golfito, en el sur del país, y estaba interesada en colaborar con Costa Rica.

La directora del Ciemic, M.Sc. Maribel Vargas Montero, indicó que “para nosotros es muy importante motivar a los investigadores para que desarrollen sus metodologías utilizando el potencial tecnológico del Ciemic. Por eso nos hemos dedicado a formar grupos de trabajo en distintas técnicas que sean usadas en diferentes áreas». Por ejemplo, agregó, la técnica FISH se puede aplicar en estudios con microorganismos desde disciplinas como microbiología, medicina, agricultura, ingeniería, arte, arqueología y biología marina, entre otras.

UCR Investigan la funcion de microorganismos en el ambiente con nueva tecnica2
Estos fueron los resultados de los trabajados realizados por los participantes en el taller. Las imágenes corresponden a los microorganismos observados mediante un microscopio de fluorescencia que posee el Centro de Investigaciones en Estructuras Microscópicas (Ciemic), de la UCR.

Además del Ciemic, en el taller participaron otros tres centros de investigación de la UCR: el Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular (CIBCM), el Instituto de Investigaciones en Salud (Inisa) y el Centro de Investigaciones en Enfermedades Tropicales (CIET).

Los instructores de la capacitación fueron la Dra. Dagmar Woebken y la Dra. Stephanie Eichorst, quienes desde Viena ofrecieron teleconferencias y se realizaron discusiones con los investigadores costarricenses por medio de Internet. Además, el Dr. Maximilian Nepel y el estudiante de doctorado Florian Strasser, también de la Universidad de Viena, participaron de forma presencial en Costa Rica.

La técnica FISH permite localizar a los microorganismos en su ambiente natural. Por ejemplo, en una multitud se puede identificar cuál microbio específico se encuentra en un lugar. Esto se hace con etiquetas de ADN, a las cuales se les pega una sustancia que emite luz. “Cuando la etiqueta reconoce a la bacteria que andamos buscando, podemos encontrar esa fluorescencia”, explicó Pinto.

La Universidad de Viena ha utilizado mucho la herramienta para el análisis en plantas de tratamiento de aguascon el fin de identificar los microbios que actúan, en dónde están y qué hacen. Se puede combinar con otras técnicas más avanzadas.

Para desarrollar este método de análisis se requiere un microscopio que trabaja con láser y permite detectar fluorescencia, observar diferentes detalles de los microorganismos y de estructuras, así como imágenes en 3D. Es un microscopio muy especializado apropiado para este tipo de análisis y que en la UCR solo lo posee el Ciemic. “Al tener nosotros el único microscopio que puede hacer eso, queremos que los investigadores lo utilicen y desde el seno del Centro poder dar el apoyo técnico”, destacó Vargas.

Pinto manifestó que tienen la expectativa que en el futuro el taller se vuelva a repetir en la UCR, aunque es un proceso muy costoso.

 

Patricia Blanco Picado

Periodista Oficina de Divulgación e Información

 

Información tomada de: http://www.ucr.ac.cr/

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UCR vigilante de los recursos marinos y costeros

Katzy O`neal Coto,

Periodista Oficina de Divulgación e Información

UCR vigilante de los recursos marinos y costeros
La UCR, por medio de sus expertos, ofrece al Gobierno criterio técnico para resolver conflictos y para la protección de especies marinas (foto con fines ilustrativos Anel Kenjekeeva).

Los científicos de la UCR han producido gran parte de la información científica disponible sobre la biodiversidad acuática existente en nuestros mares y costas. En sus 590 mil km2 de superficie marítima Costa Rica alberga el 3.5% de la biodiversidad marina del planeta y cuenta con más de 7.000 especies conocidas hasta la fecha.

El trabajo en este campo es liderado desde hace 35 años por los científicos del Centro de Investigaciones en Ciencias del Mar y Limnología de la Universidad de Costa Rica (CIMAR), donde trabajan profesionales en biología, microbiología, química, física, geología y estadística, entre otras disciplinas.

Sus expertos han estudiado a profundidad el Golfo de Papagayo, especialmente Bahía Culebra, el Golfo de Nicoya, el Golfo Dulce, el sur del Caribe, y más recientemente la Isla del Coco, que es el punto de mayor diversidad marina del país y uno de los más importantes del mundo.

También investigan los procesos oceanográficos y la contaminación que afectan a los ambientes marino-costeros como playas, arrecifes coralinos, manglares y esteros a lo largo de todo el país.

Además, se investiga ambientes de agua dulce como lagos, lagunas y ríos. Se han realizado estudios de los principales lagos volcánicos ubicados dentro de parques nacionales como el Poas, el Barva y Cerro Chato en el Volcán Arenal, con el apoyo de otras unidades académicas como la Escuela de Biología.

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Científicos del CIMAR han estudiado las especies marinas de aguas profundas, los sedimentos, arrecifes de coral y las características físico-químicas del Golfo Dulce (foto Laura Rodríguez).

Beneficios para el país

En los últimos años, la UCR ha aportado conocimiento en problemáticas fundamentales como el cambio climático y sus efectos en los océanos, se ha documentado el ascenso en el nivel del mar y fenómenos extremos como los fuertes oleajes que afectan a las comunidades costeras y la actividad de los pescadores.

Ante estos fenómenos, la Universidad ofrece a las comunidades y al gobierno estrategias de adaptación y mitigación para proteger la vida humana y la economía en las zonas costeras. Asimismo, contribuye con comunidades, organizaciones y gobiernos locales en la gestión integrada de estas zonas para garantizar un uso sustentable de los recursos marino-costeros, entre los que se encuentran los manglares.

Actualmente, el CIMAR incursiona en otros campos de estudio como la bioprospección, genética y biología molecular de organismos marinos, la microbiología estuarina y el estudio de especies marinas de profundidad.

También realizan investigación de contaminantes emergentes presentes en los cuerpos de agua dulce y en el mar. En este campo de estudio, han encontrado residuos de 90 especies químicas de antibióticos en las zonas costeras, cuyos efectos en los ecosistemas marinos aún se están investigando.

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Constantemente los científicos de la UCR descubren y describen nuevas especies de organismos marinos y acuáticos como peces, crustáceos, moluscos y corales (foto Laura Rodríguez).

Información vital

El conocimiento generado por los científicos de la UCR también permite a los diputados de la Asamblea Legislativa y a las instituciones como el Instituto de Costarricense de Pesca y Acuicultura (Incopesca) tomar decisiones con fundamento científico relacionadas con la pesca y los recursos pesqueros. Ellos atienden consultas y participan activamente en comités técnicos para la elaboración y revisión de diversos reglamentos, decretos y leyes que tienen que ver con esta temática.

El Dr. Álvaro Morales Ramírez, director del CIMAR, asegura que dar a conocer el patrimonio natural del país es fundamental para la toma de decisiones para la conservación, por otro lado, al conocer mejor lo que tenemos se puede investigar otros servicios de la diversidad marina como la bioprospección, que es el estudio de organismos marinos con posibles usos para beneficio del ser humano en áreas como la farmaceútica o la medicina.

En este sentido, la Escuela de Biología también aporta en la generación de claves de identificación, guías de campos ilustrados para la identificación de especies acuáticas e información sobre la distribución y ecología de estas especies. Esta información es primordial en Estudios de Impacto Ambiental, Planes de Gestión Ambiental y Programas de Biomonitoreo para evaluar el impacto de diversas actividades, como la construcción de represas hidroeléctricas, minería metálica y no-metálica (extracción de material pedregoso), distintas actividades de agricultura, entre otras.

En la investigación de los recursos marinos y costeros también se involucran otros centros e institutos de la UCR como el Centro de Investigación en Contaminación Ambiental (CICA), el Centro de Investigación en Bilogía Celular y Molecular (CIBCM), el Centro de Investigación en Productos Naturales (CIPRONA) y el Centro de Investigación en Estructuras Microscópicas (CIEMIC).

 

Información tomada de: http://www.ucr.ac.cr/

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