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La doctora Mildred Quintana Ruiz fue la responsable de la 7° edición en la serie de coloquios de la Cátedra Marcos Moshinsky, en el marco de los 10 años de la Fundación que lleva su nombre y del centenario del natalicio del doctor Moshinsky, con la presentación titulada “Membranas inteligentes basadas en materiales 2D”.

La doctora, quien fue galardonada con la Cátedra en el 2018, actualmente se encuentra laborando en el Instituto de Física “Manuel Sandoval Vallarta”, de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP), donde es la encargada de coordinar la sección de Microscopía de alta resolución, del Centro de Investigación en Ciencias de la Salud y Biomedicina (CICSaB). Su área de investigación abarca los nanomateriales y nanoingeniería, enfocándose en el uso del grafeno en materiales bidimensionales a través de interacciones moleculares para el desarrollo de plataformas.

Al iniciar su presentación, la doctora Quintana Ruíz introdujo el área de los cristales bidimensionales, mostrando el ejemplo del material azul maya, que tiene la característica de ser duradero y con gran brillo. Además, como lo mencionó la investigadora de la Facultad de Ciencias de la UASLP, aunque antes se tenía la idea de que no podían existir naturalmente los cristales bidimensionales debido a su inestabilidad, la comunidad científica se percató, gracias a las investigaciones con el grafeno, que estos no son cristales completamente planos, pues presentan fluctuaciones en su superficie.

La doctora Quintana Ruíz mencionó que la investigación realizada en 2004 por Andre Geim y Konstantín Novosiólov, quienes ganaron el Premio Nobel de Física al aislar una lámina de grafeno y caracterizar sus propiedades, permitió obtener las bases para trabajar con este material; su peculiaridad se debe a que es un cristal bidimensional natural, a que posee una mayor resistencia mecánica, además de que es un buen conductor, presenta efecto hall a temperatura ambiente, tiene una transparencia muy alta, el acoplamiento entre capas en la dirección perpendicular es débil, y tiene una gran área superficial, flexibilidad y uniones covalentes.

Durante la charla, la miembro de la Academia Mexicana de Ciencias mencionó la ecuación de Dirac, explicando que algunas de las propiedades se pueden perder al extraer una lámina de grafeno del grafito, debido a que los electrones del cristal forman enlaces covalentes dentro del plano y, por fuera de este, se encuentran los orbitales P. Las fuerzas de van der Waals que actuan entre las capas de grafeno al no ser enlaces químicos, son relativamente fáciles de romper, por lo que, de retirar esas interacciones, los electrones se mueven a una velocidad cercana a la luz en el vacío, explicó la doctora Quintana Ruíz.

En la naturaleza, además del grafito, se encuentran la vermiculita y la moscovita, materiales laminares identificados como micas: “todos estos materiales se conocen desde hace mucho tiempo y no son cristales con espesor de un átomo como el grafeno, sino que tienen varios átomos de espesor, pero tienen la misma capacidad de cambiar, como sucede en los cristales tridimensionales cuando están en forma bidimensional”, mencionó la coordinadora del Doctorado Institucional en Ingeniería de Ciencia en Materiales, de la UASLP. Además, añadió que estos materiales son compactos, pero bajo ciertas condiciones de temperatura y humedad, el agua se intercala y comienza a solvatar, generando así que los materiales se expandan.

Al intentar romper las láminas de grafeno, la comunidad científica se percató que estas se pueden deformar hasta un 234%, debido a que están formados de hexágonos y estos pueden acomodarse en pentágonos y heptágonos antes de ceder.

La doctora Quintana dió un acercamiento a su trabajo en laboratorio, al mencionar que “en el laboratorio tenemos mucha experiencia con la exfoliación del grafito, creamos cristales de grafeno en diferentes solventes y producimos soluciones estables. Podemos controlar el tamaño y la concentración de estas láminas; para esto usamos la cavitación acústica”. De igual manera, la formación de membranas se realiza de manera artificial, en la cual tiene que existir un flujo de iones y moléculas entre las láminas, donde puedan responder a diferentes condiciones, reconociendo el proceso para el cual están hechas.

Entre las aplicaciones que pueden tener estas membranas encontramos la separación de moléculas quirales, dispositivos nanofluídicos, electroforesis de DNA y sondeo de biomoléculas. Además, entre los trabajos en los que la doctora se ha involucrado se encuentran los sensores químicos de virus y contaminantes.

La sesión estuvo bajo el cargo de la doctora Ana Cecilia Noguez Garrido, directora del Instituto de Física de la UNAM y de la Fundación Marcos Moshinsky, quien tienen una estrecha relación con esta área de estudio.