Ajo y electroquímica

El estómago no es la parte más resistente del organismo del Búho. Algún gen debido a mi progenitor, casi con certeza, porque mi progenitora come piedras, todo le sabe bueno y nunca tiene problemas para digerir nada de lo que se le ponga delante. Cosa que no me pasa a mí, con un aparato digestivo bastante intolerante o perezoso ante alimentos tan dispares como las manzanas, los pimientos, la carne de cordero o los hongos. Estos últimos, que me pierden, me los tengo que comer con cuentagotas, procurando que hayan sido cocinados el tiempo suficiente como para romper las largas moléculas de un polisacárido, la quitina, con la que mis jugos gástricos no pueden más que despues de largas y molestas digestiones.

Otra de mis intolerancias son los bulbos de la familia de los Allium. He quedado muy profesional con la frase anterior pero, en realidad, me refiero a algo tan pedestre como los puerros, cebollas, ajos y demás miembros de una vasta familia de hortalizas que los botánicos denominan con el nombre Allium y un adjetivo posterior. Por ejemplo, el ajo es el Allium sativum. Todos ellos almacenan energía para la siguiente temporada de crecimiento en forma de cadenas de otros polisacáridos y los humanos hemos usado esa peculiaridad para proporcionarnos un alimento sostenible. Esos polisacáridos, en el caso de los Allium, son largas cadenas de fructosa y de ahí el sabor dulce de muchos de estos bulbos y el proceso de caramelización que se produce cuando los cocinamos suave y con paciencia.

Otra clave del atractivo de esta familia es su fuerte sabor sulfuroso, a veces picante. El uso de azufre, tomado de la tierra de cultivo, les sirve a estas plantas para generar una serie de auténticas herramientas defensivas contra los animales que pretenden comérselas (como nosotros). Pero con la peculiaridad de que las moléculas químicas que constituyen su artillería están "flotando" en los fluidos celulares de la planta hasta que, al dañar esa estructura (mordiendo, picando, machacando), se produce la liberación de enzimas almacenadas en la llamada vacuola de reserva, enzimas que promueven la ruptura de las moléculas anteriores generando una variedad de nuevos productos químicos que son los que dan los potentes sabores y olores de los miembros de esta familia, incluido el que provoca el lagrimeo intenso cuando uno corta cebollas.

En el caso del ajo, la molécula más importante de ese proceso es el disulfuro de alilo. En un artículo de la revista Analyst, que se publicará en las próximas semanas pero que ya está en la web [DOI: 10.1039/c0an00706d], un grupo de electroquímicos de la Universidad de Oxford han ideado un potente sensor para medir la concentración de dicho disulfuro, lo que puede ser de gran utilidad para valorar lo más o menos fuerte que es un determinado ajo para la boca humana. Hay que tener en cuenta que hay ajos de muy diferentes "potencias" dependiendo de su origen (por ejemplo, la variedad de ajo llamada púrpura de Moldavia es mucho más fuerte que la mayoría de ajos que consumimos en el Mediterráneo, según he sabido gracias al mencionado artículo, que tampoco soy un técnico en ajos). Los autores del trabajo entienden que ese tipo de sensor puede ser de gran utilidad para fabricantes de productos como salsas o curries en los que se emplee ajo como componente.

El ensayo es muy simple. Se toma una muestra del ajo a analizar, se hace una especie de puré con él, tras machacarlo con intensidad, y se dispersa ese puré en una disolución de un bromuro. En un clásico experimento que los electroquímicos llaman voltametría, el voltaje aplicado convierte los bromuros en bromo, que es especialmente selectivo al enlace azufre-azufre del disulfuro, con el que reacciona, volviendo a generar bromuro. Eso resulta en un pico en el diagrama del experimento de voltametría, pico que permite evaluar la concentración del disulfuro de forma muy precisa y, además, en un tiempo extraordinariamente corto.

Cuando explico las primeras nociones de electroquímica a mis alumnos de primer curso, siempre les insisto en las grandes potencialidades de esta rama de la Química. Y el campo de los sensores sencillos, baratos y rápidos para todo tipo de aplicaciones, es uno de los campos en los que vamos a ver más novedades, algunas tan curiosas como ésta. Me tendré que comprar, cuando se vendan, uno de estos sensores para analizar si mi estómago va a aguantar ante salsas y ali-olis que me ofrezcan.

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Un gorila en mi iPhone

Esto de desnudarse virtualmente en muchas de las entradas de un Blog personal tiene sus ventajas e inconvenientes. Pero para los objetivos de ésta, el asunto ha resultado de lo más favorable. Mis impenitentes y sufridos seguidores saben de mi fundamentalismo macquero. Y uno de ellos, mi actual Decano, el Prof. Legórburu, lo tiene tan claro que imagino que, nada más leer una noticia publicada en el New York Times, entendió que exaltaría mis convicciones más profundas sobre todos estos gadgets de Apple y que no me podría resistir a recrearla para mis lectores. Y así ha sido.

Desde hace un par de meses tengo un iPhone4. No he caido antes en la iphonemanía porque, hasta esas fechas, Telefónica/Movistar tenía el monopolio de venta de estos aparatitos y mi comadrona me recordaba que caer en las redes de dicho operador sería abjurar de una de mis promesas antiguas. Manías que tenemos la gente de edad. Como la de no querer ir a Marbella (ni siquiera con el reclamo de la cantidad de campos de golf que hay por allí) mientras estuviera el ínclito Jesús Gil de alcalde. Pues esto es más o menos lo mismo, desde los tiempos en los que otro ínclito (el Juan Vilallonga) fue uno de los causantes de la burbuja tecnológica de los noventa, lucrándose de los incautos que compraron acciones de Terra a precios desorbitados.

Pero cuando ha aparecido el iPhone4, la venta se ha hecho extensiva a Vodafone, nuestro operador desde tiempos de Airtel, así que ya no había disculpas excepto por el dispendio económico, pero un vicio es un vicio y yo soy muy austero en permitírmelos. Así que caí en la tentación y aquí estoy más contento que unas pascuas.

Una de las primeras cosas que me llamó la atención del iPhone4 fue que las dos caras expuestas al aire fueran de vidrio. Un vidrio brillante, muy duro (de hecho va en el bolsillo con llaves y otros elementos rayantes y no parece inmutarse), resistente a los golpes y relativamente fácil de limpiar, a pesar de que todas las operaciones con la pantalla implican usar los dedos, que siempre la impregnan con algo de grasa. Ahora, gracias a la gentileza de mi Decano, tengo la solución del enigma: se trata de un vidrio muy especial de nombre Gorilla Glass, comercializado por Corning, y con el que controlan la mayoría de las imperantes pantallas táctiles de muchos dispositivos. La imagen que preside esta entrada es el reclamo publicitario de dicho producto.

Pero lo curioso es que se trata de un producto antiguo en el portafolio de Corning, ya que desde 1964 hasta principios de los noventa lo estuvieron vendiendo bajo el nombre de Chemcor, utilizándose en diversas aplicaciones de la industria automovilística, aeronaútica e incluso farmaceútica. A partir de 2005, con la irrupción de las pantallas táctiles, los de Corning descubrieron un nuevo nicho de mercado para su producto y, durante tres años, estuvieron investigando en cómo adaptar el primitivo vidrio a las nuevas aplicaciones. De esas mejoras surgió el vidrio Gorila que ahora tengo en mi iPhone y en la mayoría de las pantallas táctiles de los más importantes fabricantes del mundo.

La receta detallada para llegar a esta maravilla, como comprendereis, no la conoceremos nunca aunque, en su página web, Corning da algunas pistas. En una entrada que escribí en Venecia tras visitar los hornos de los vidrieros de la isla de Murano, describía el proceso básico de la formación del vidrio a partir de la fusión conjunta de una mezcla de sílice (arena), carbonato sódico y carbonato cálcico, trabajando a unos 1000ºC. No contaba allí que, en esas condiciones, el sodio del carbonato de sodio acaba ionizándose, dando el catión sodio, que tiene una cierta libertad para moverse en el magma a través de ciertos huecos que se generan en él y quedándose como tal cuando la mezcla se enfría y el vidrio se forma.

Pues bien, el truco del Gorilla Glass es un tratamiento posterior de ese vidrio básico, en el que se le introduce en una mezcla de sales fundidas, rica en potasio, a 400ºC, con lo que se produce un intercambio de iones sodio y potasio entre el vidrio y la mezcla de sales fundidas. Los iones potasio, más grandes, toman un mayor espacio en el interior del vidrio, lo que hace que, al enfriarlo a temperatura ambiente, se creen una especie de tensiones de compresión que hacen del material, y sobre todo de la superficie, algo sumamente resistente.

Esa es la receta contada como el cuento de Caperucita. Luego, como siempre en todos estos inventos, habrá mucha música de fondo, indescifrable para quien no esté en la pomada del desarrollo.

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¿Joyas o escotes?

Antonio Valero

El autor de esta entrada es uno de mis condiscípulos en la excelente cosecha 1974 de la Facultad de Química de la Universidad de Zaragoza. Y lo de excelente no lo decimos nosotros sino los que nos sufrieron como estudiantes. Antonio es ahora el Director del CIRCE (Centro de Investigación de Recursos y Consumos Energéticos). Y hace unos días, en el seno de un foro que nos sigue manteniendo unidos y que sirve para intercambiar todo tipo de opiniones, fotos, música, etc, además de organizar periódicas francachelas, AV nos colgó unos, a mi parecer, interesantísimos comentarios. Comentarios que versaban sobre el empleo de determinados elementos químicos, no muy conocidos ni abundantes, en el desarrollo de dispositivos y estrategias que parecen ser la panacea de la crisis energética que se nos viene encima. Dada su autoridad en la materia, le he pedido permiso para reproducirlo y aquí está.

El rutenio (Ru), el rodio (Rh), el paladio (Pd), el teluro (Te), el renio (Re), el osmio (Os), el iridio (Ir), el platino (Pt) y el oro (Au) son elementos muy raros en la corteza terrestre. De hecho su abundancia cortical es del orden de las partes por billón. Aunque la gente prácticamente sólo conoce al oro y un poco al platino, todos ellos son fundamentales en aplicaciones como los contactos electrónicos, en el vasto mundo de los catalizadores, para el almacenamiento de hidrógeno o para fabricar nanopartículas de oro que ahora molan un montón. Debido a su escasez y con excepción del Te, todos valen su peso en oro y por ello también se los clasifica como potencialmente críticos para el desarrollo tecnológico de los próximos decenios.

Hace pocos días recibí de un amigo una noticia que decía literalmente que "un equipo de investigadores del MIT había descubierto cómo actúa exactamente una molécula llamada fulvaleno dirutenio, capaz de almacenar calor y liberarlo mediante dos procesos activables de manera artificial. Este conocimiento debería ahora hacer posible encontrar sustancias químicas similares en comportamiento, pero compuestas por ingredientes más abundantes y menos caros que el rutenio. Esto podría convertirse en la base para desarrollar una batería recargable que almacenase calor en vez de electricidad".

Aparte de que la redacción de la noticia es un poco equívoca para los que nos dedicamos a esto, lo cierto es que, efectivamente, el punto clave es encontrar alternativas más abundantes y baratas al rutenio porque, si no lo hacemos, la capacidad de almacenar energía solar de dicho elemento difícilmente superaría a la empleada para remover la roca de la que se extrae. Lamentablemente, tal y como se explotan las mejores menas de todos estos elementos de los que venimos hablando, cada vez se necesita más energía y agua para ello y, además, se generan más contaminantes para producir la misma cantidad de metal. Pero como la demanda mundial aumenta, el daño ambiental de su extracción crece exponencialmente.

A modo de ejemplo, la demanda de cobre entre 1941-1980 fue cuatro veces mayor a la de toda la historia previa. Y entre 1981-2000 la producción se duplicó con respecto a los cuarenta años anteriores. Conocéis la enorme demanda actual de Cu, que ha convertido su robo en un negocio muy lucrativo. Otro ejemplo ilustrativo es el del propio oro. Para producir un anillo de oro de 9 gramos (1/3 de onza) de 18 quilates se necesitan remover unas 45 toneladas de roca, se consumen 275 kg equivalentes de petróleo, 6200 litros de agua y se emiten 1000 kg de CO2 equivalentes. Sin contar otras emisiones y residuos peligrosos (por ejemplo,1.26 kgs de cianuro, además de Pb, As y Hg).

Hoy en día, nuestro elemento 44, alias rutenio, se obtiene como subproducto del refinado del niquel. En ese sentido su coste medioambiental no es tan exagerado como el del oro, pero nadie sabe hasta dónde podría llegar si su consumo se dispara. En el fondo, toda esta reflexión nos indica algo que no solemos tener en cuenta: que tanto la Geología como la Termodinámica imponen restricciones a la civilización industrial. Si la energía necesaria para producir un sistema energético, a partir de sus constituyentes en la corteza terrestre, es mayor que la que proporciona a lo largo de su vida, ese sistema energético es inviable. Técnicamente se dice que el EROEI (Energy Return on Energy Investment), debe ser siempre mayor que la unidad. Y cuanto mayor más viable. Y da la sensación de que mucha de la gente que anda proponiendo soluciones energéticas maravillosas no ha hecho los balances de energía correctos, llegándose a la curiosa paradoja de que los mayores violadores del Primer Principio de la Termodinámica somos los propios científicos.

Esto no implica acabar con la investigación en temáticas que impliquen a estos elementos, sino frenar la retórica grandilocuente en torno a descubrimientos como el arriba mencionado. Si hubiéramos frenado la investigación en paneles fotovoltáicos porque los primeros prototipos gastaban más energía que la que producían, hoy no tendríamos esa industria. Siempre tendremos que pagar un coste de aprendizaje. Y conocer por conocer es bueno, pero a pequeñas dosis. Con realismo. Este grupo de elementos químicos es crítico para nuestra civilización y su futuro. Si las conexiones electrónicas dependen de ellos, así como el almacenamiento de hidrógeno, hay que ser muy precavidos a la hora de proclamar que una sociedad basada en el hidrógeno e internet nos salvará de los problemas energéticos que nos acucian.

Probablemente en el largo plazo estos elementos estarán destinados a curiosidades de museo y sólo muy pocas aplicaciones excepcionales llevarán componentes de este grupo. No será raro que algún día desaparezcan las joyas y los lingotes, porque su valor industrial alternativo será mayor. Ese día nuestras chicas lucirán escotes, porque la medicina habrá encontrado la eterna juventud. O no…

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Sardinas al rico metal pesado

Yo pensaba que en el Estado de Kentucky, por aquello de su situación en el centro continental de los States y, sobre todo, por la difusión por todo el mundo de los restaurantes Kentucky Chicken, tenía que ser un territorio en el que la gente le diera más a la carne que al pescado. Y así será, seguramente. Pero despues de leer un artículo de un grupo de investigación de una de las Universidades del Estado, he llegado a la conclusión de que allí se venden latas de sardinas con profusión, de las más variadas procedencias del globo terráqueo y de diferentes variedades, que no he conseguido identificar claramente a partir de sus nombres in english.

El mencionado trabajo, publicado en la revista Marine Pollution Bulletin, da cuenta de los análisis llevados a cabo sobre 17 tipos diferentes de latas de sardinas que se venden en Kentucky, provenientes de sitios como Canadá, Marruecos, Noruega, Polonia o Tailandia, a la búsqueda de su contenido en cosas tan denostadas hoy en día como el arsénico, el cadmio, el mercurio o el plomo. La técnica instrumental empleada es la espectrometría de absorción atómica (AA), una potente técnica de los químicos analíticos para poner de manifiesto la presencia de minúsculas cantidades de elementos como los que aquí se investigaron.

Los resultados indican, sobre todo, la presencia de casi 2 ppm (partes por millón) de arsénico, entre 10 y 70 ppb (partes por billón, aunque billón americano) de cadmio, entre 6 y 270 ppb de plomo y menos de 90 ppb de mercurio. Los autores resaltan los altos valores de arsénico y atribuyen las altas tasas de cáncer y de enfermedades cardiovasculares existentes en Kentucky al consumo de estas sardinas y su contenido en arsénico. Lo cual no deja de parecerme una arriesgada conclusión, dada la cantidad de variables que pueden entrar en la génesis de esas enfermedades. A no ser que lo del Kentucky Chicken sea sólo para la exportación tipo Mc Donald's y los de ese Estado se alimenten casi en exclusiva de sardinillas en aceite.

El estudio tiene, sin embargo, su importancia. Ilustra la posibilidad de controlar de forma exhaustiva la composición de estos pescados de tipo pelágico, que viven alejados de las costas y que cada vez van siendo más presentes en la dieta, a la vista de la desaparición de todos aquellos que viven en zonas más próximas. Y, por otro lado, y a pesar de la movilidad de las corrientes marinas, estas especies podrían usarse como indicadores biológicos del grado de contaminación de los mares en una zona dada.

En cualquier caso, ejemplos como éste o el del follón que se ha montado con el ciclista Contador y el clenbuterol, supuestamente contenido en una carne comprada en Irún y que me imagino que llevaría un Euskolabel, me afianzan cada vez más en mi teoría de que la culpa de la Quimifobia la tenemos los químicos, por el pertinaz empeño en mejorar sin descanso nuestras técnicas de análisis. Ojos que no ven, quimifóbico que no siente.

P.D. Como algunas otras entradas de este Blog, la presente nace de una alerta del que mantiene mi venerado Dave Bradley. Recibo los contenidos de muchas revistas que me interesan pero nunca hubiera sabido, si no es por Dave, de la existencia del artículo en cuestión.

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Bichitos

Nunca he sabido mucho de ingeniería genética, pero el tema me va interesando de forma progresiva. Y tengo la suerte de poder ir aprendiendo poco a poco sobre el tema en mis periódicas comidas con mi amigo y colega Unai Ugalde, quien me resuelve algunas dudas que me suelen surgir, cuando leo noticias como la que voy a comentar. La razón de mi interés es que cada vez recibo más alertas sobre procesos de obtención de moléculas en los que se ven implicados bacterias, hongos y similares, abriendo así nuevas vías de síntesis que pueden ser completadas por la acción de diligentes químicos y biotecnólogos.

En muchos casos, para conseguir las moléculas que se pretenden, el bichito en cuestión ha tenido que ser modificado genéticamente. La Escherischia coli (E. coli, para los amigos) de la fotografía es uno de los ejemplos más preclaros en estas prácticas. Se trata de una gran familia de bacterias, muchos de cuyos miembros los llevamos puestos en nuestro intestino. La mayoría son inofensivas pero, a veces, se puede colar alguna que nos puede causar más de un problema. Gracias a esta familia, mediante experimentos efectuados con cepas de las mismas, hemos sido capaces de extraer una gran parte de nuestro conocimiento actual sobre la biología molecular.

Pero también ha sido utilizada para fines menos académicos. Y, por ejemplo, en el ámbito de los polímeros en el que me muevo, una de las primeras familias de polímeros biodegradables, los polihidroxialcanoatos, fueron producidos al principio gracias a la acción de esta bactería, generosamente alimentada con vegetales ricos en glucosa. Al verse agobiadas por tamaña cantidad de alimento, los bichos transforman esa glucosa en los mencionados polímeros, para poderlos asi utilizar en épocas de hambre. Sólo que los humanos nos los cepillamos antes y nos quedamos con esas reservas. Modificaciones genéticas posteriores consiguieron que las E. coli produjeran polímeros derivados, con diferentes estructuras químicas.

Otro ejemplo similar se encuentra en mi entrada del 7 de octubre de 2008, donde se explicaba cómo una empresa de ingeniería genética había conseguido modificaciones en ciertos microorganismos, para que en lugar de producir etanol o glicerina a partir del ázucar, como ocurre en la fermentación de mosto en vino, fueran capaces de producir propanodiol, una materia prima para poliésteres y poliuretanos que antes solo se obtenía del petróleo, generando así polímeros una parte de los cuales proviene de la biomasa renovable.

Parece que ahora hay otra buena nueva científica que implica a las E. coli. En una entrada tan lejana ya en el tiempo como la publicada el 8 de marzo de 2006, explicaba la historia del medicamento conocido como Taxol o paclitaxel. Es un ejemplo fascinante de la tozudez de los químicos en su intento de reproducir en el laboratorio una molécula, particularmente eficaz en la lucha contra el cáncer, que se aisló por primera vez a partir de la corteza del tejo del Pacífico, aunque en cantidades tan minúsculas que la propia especie hubiera estado en peligro absoluto de extinción si esa fuera la única fuente para obtenerla.

La molécula, de una complejidad desmesurada para una síntesis total, ha estado siendo producida por una compañía farmaceutica a partir de una ruta alternativa. Ruta que implica empezar con otra molécula relacionada, la 10-deacetilbacatina, que se puede extraer de la bayas de otro tejo aunque, en este caso, las bayas son producidas todas las primaveras y pueden ser recolectadas, como quien coge cerezas, sin que el tejo sufra.

Pero ahora va a haber una alternativa más. La revista Science ha publicado un artículo de investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) y la Tufts University en Boston, en el que se demuestra que una E. coli, convenientemente manipulada, es capaz de proporcionarnos, en cantidades ya relevantes para una comercialización competitiva, isopentenil pirofosfate (IPP), una molécula importante para sintetizar un precursor del Taxol, el taxadieno. Además, otras modificaciones genéticas han conseguido E. colis que incluso llevan a cabo la transformación del IPP en taxadieno, completando el trabajo de las primeras y dando lugar a un proceso que resulta más sencillo y económico que la ruta hasta ahora seguida.

Y, además, parece que la estrategia puede resultar válida no sólo para el taxol, sino para otros terpenos utilizados en cosmética, en alimentos funcionales y en la industria química en general.

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