Año Internacional de la Luz: aplicaciones de la espectroscopía en terahertz

Por Ana Luisa Guerrero

León, Guanajuato. 18 de junio de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- A través de la luz es posible obtener información sobre las plantas, sus procesos fisiológicos, bioquímicos y moleculares sin dañarlas o disecarlas, a fin de mejorar su rendimiento y calidad.

Gracias a la técnica de espectroscopía en terahertz en el dominio del tiempo (THz-TDS, por sus siglas en inglés), científicos del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) –que forma parte del Sistema de Centros Públicos de Investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt)– analizan la dinámica del agua en estos seres vivos y la forma en que reaccionan a la sequía.

En entrevista, el doctor Enrique Castro Camus, responsable del Grupo de Ciencia y Aplicaciones de Terahertz del CIO, explicó en qué consiste esta técnica que permite hacer pruebas no destructivas tanto en plantas como en algunos materiales, con el uso de un espectrómetro de terahertz (THz).

El doctor en Física de la Materia Condensada por la Universidad de Oxford, Inglaterra, compartió con la Agencia Informativa Conacyt que los rayos de THz caen en una banda del espectro electromagnético situada entre las microondas y los rayos infrarrojos, cuyo uso comienza a analizarse en la década de los años 80 gracias al desarrollo de técnicas apropiadas de generación y detección para este tipo de rayos.

Detalló que en el laboratorio de espectroscopía del CIO, los THz tienen la característica de penetrar materiales como papel, plástico, textiles y fibras naturales, permitiendo la identificación de sus estructuras, y en algunos casos de su composición. Gracias a ello se han encontrado aplicaciones en la industria, la medicina y la conservación de piezas de arte, entre muchas otras áreas.

Para el estudio particular del análisis de plantas, el grupo que lidera el investigador monitoreó los efectos sobre la hidratación in vivo en Arabidopsis thaliana bajo diferentes estímulos externos como sequía, la presencia o ausencia de luz.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿En qué área realiza investigación su grupo?

Enrique Castro Camus (ECC): Nosotros trabajamos en la banda del espectro electromagnético conocida como terahertz, también llamada rayos T. En ella, tecnológicamente había una barrera porque la electrónica no puede llegar a frecuencias tan altas y la tecnología óptica no detecta la radiación, por eso durante un tiempo fue tomada como una banda oscura. En los últimos 30 años ha habido una comunidad relativamente pequeña en el mundo, pero muy activa, que se ha dedicado a producir la tecnología para emitir y detectar radiación y luz en la región de terahertz.

AIC: ¿Qué características tiene esta banda?

Para conocer más sobre esta investigación, se pueden consultar los siguientes enlaces: www.nature.com y link.springer.com

ECC: Tiene una infinidad de usos muy interesantes, porque casi todo los materiales no metálicos son transparentes o, al menos, parcialmente transparentes en esta región, salvo los metales y el agua. Dado que la mayoría de los materiales son transparentes, esta banda nos permite ver adentro de ellos y por ello hay un gran número de proyectos en los que aprovechamos esa propiedad.

Otra virtud de los rayos T es que no representan riesgos para la salud, por lo tanto son compatibles con aplicaciones médicas. Además, la técnica que utilizamos para producir y detectar este tipo de rayos nos permite reconstruir la estructura tridimensional de un objeto, incluso su estructura interna.

AIC: ¿Cómo se aplica esta técnica al estudio del estrés hídrico de las plantas?

ECC: En los departamentos de biología y botánica se dedican a estudiar la reacción de las plantas, por ejemplo de frijol, maíz o de cualquier cultivo de importancia alimenticia; ahí analizan cómo es que estos organismos reaccionan ante una sequía.

Con la técnica de espectroscopía en terahertz podemos estudiar la planta completa sin siquiera tocarla. No metemos factores externos y podemos ver qué está sucediendo en la planta sin tocarla, en otras palabras, mientras que las técnicas convencionales implican cortar hojas, deshidratarlas e inferir la cantidad de agua presente, nosotros podemos hacerlo con la planta viva

AIC: ¿Cómo detectan la salud de la planta?

ECC: El agua es una de esas pocas sustancias que no son metales y que es extraordinariamente opaca en esta banda. La espectroscopía en terahertz está dando muchas claves de cómo es la interacción entre el agua y las proteínas, los ácidos nucleicos y todas las moléculas que son las de la vida.

El que el agua sea tan opaca nos permite detectar la cantidad presente en un tejido simplemente observando qué tan opacas son las hojas en esta banda espectral.

Grupo de Ciencias y Aplicaciones de Terahertz Este grupo del CIO trabaja con la espectroscopía en terahertz en el dominio del tiempo en proyectos que incluyen colaboraciones con especialistas en áreas como física, biología, bioquímica, medicina, conservación de arte, entre otras. Ha graduado seis maestros y tres profesionales a nivel pregrado; actualmente tiene seis estudiantes trabajando en su doctorado, maestría o proyectos de grado. Todos ellos han contado con el respaldo de las becas del Conacyt.

AIC: ¿Qué investigación han realizado al respecto?

ECC: Recientemente publicamos dos artículos sobre este tema, tanto en la parte metodológica para hacerla más accesible a la comunidad biológica, y para el estudio de Arabidopsis thaliana.

AIC: ¿Qué aplicación tiene este trabajo?

ECC: La sequía es un gran problema nacional; casi la mitad del territorio ha dejado de ser aprovechado por las sequías, así que entender los procesos de resistencia de ciertos cultivos podría dar perspectivas de cómo mejorar el aprovechamiento del agua, irrigar menos o encontrar variedades más tolerantes a las sequías. Con esto podemos darle viabilidad a una nueva parte del desierto como campos de cultivo.

AIC: ¿En qué áreas de investigación han aplicado esta técnica?

ECC: Trabajamos en varias líneas de investigación, una de ellas tiene que ver con materiales semiconductores, muy particularmente dirigido hacia el área de celdas solares y en general a todo lo que tiene que ver con propiedades de conducción eléctrica.

Otro proyecto que estamos realizando es la evaluación del daño y restauración del patrimonio cultural en México. Con este tipo de radiación valoramos el estado de conservación o los daños que pudieran tener obras de arte. El primer estudio que hicimos en el laboratorio fue con unos óleos de un retablo de la parroquia de Purísima del Rincón, donde encontramos varios ciclos pictóricos que estaban ocultos debajo de las pinturas, y de las cuales reconstruimos tridimensionalmente todas las capas de la pintura y ver cómo estaban los estratos de abajo; logramos ver varias etapas pictóricas de dicho retablo. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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