La química analítica es, probablemente, una de las especialidades científicas que mayor impacto poseen en nuestra vida cotidiana, pues son muchos los análisis que se han convertido en algo habitual en nuestro día a día: desde algo tan común como los estudios de muestras de sangre u orina para vigilar nuestra salud, hasta los de agua, aire o alimentos para asegurar la salubridad de todo lo que rodea a los seres humanos y animales, sin olvidar algo que, por desgracia, ha proliferado a causa de emergencias médicas como son los test de detección de virus patógenos. Son sólo algunos de los muchos tipos de analíticas que, diariamente, laboratorios de todo el mundo llevan a cabo con unos niveles de exactitud cada vez mayores.
Pero, como sucede con todas las cosas aparentemente sencillas, detrás existe un trabajo muy complejo, ya que formular los reactivos y protocolos más apropiados para cada tipo de prueba, que sean asequibles y realizables en los equipos de laboratorio más extendidos, requiere una labor de investigación como la que realiza el grupo Materiales para Análisis Químicos (MAT4LL), coordinado por la catedrática de Química Analítica Verónica Pino Estévez.
Si bien su materia de especialización ha sido la química analítica desde su tesis doctoral, leída en 2002 y dirigida por los profesores Venerando González y Ana Afonso Perera, también ha tocado a lo largo de su carrera otras ramas, lo que le ha dotado de un espíritu multidisciplinar que se ve reflejado en la propia composición del grupo de investigación del cual es responsable. “Trabajamos fundamentalmente con técnicas de microextracción miniaturizada, y como en los últimos años fuimos añadiendo nuevos materiales de análisis, incorporamos en el grupo profesionales e investigadores de física, de ciencia de los materiales y de química inorgánica. Esa fusión con la química analítica ha hecho que el grupo dé varios pasos hacia adelante en multidisciplinariedad”.
La dificultad del análisis
Desde un punto de vista técnico, la primera dificultad que conlleva cualquier análisis químico es la preparación de la muestra. Así, cuando se van a estudiar sedimentos marinos, agua de mar, sangre, orina o un tejido, hay que llevar a cabo una serie de procedimientos previos antes de que esas muestras puedan ir a los grandes equipos de análisis, ya sean de cromatografía (técnica que permite la separación de los diferentes componentes de una mezcla compleja), o espectrometría de masas (técnica para determinar con exactitud la naturaleza inequívoca de las moléculas de una sustancia en función de su relación carga/masa).
El problema es que ese trabajo previo, en muchas ocasiones, no es sostenible medioambientalmente. “Se utilizan muchos disolventes orgánicos, clorados, tóxicos, mucho tiempo de procesamiento, se calientan a altas temperaturas… Precisamente mi tesis estudió un método alternativo a esos disolventes orgánicos clorados, como son los surfactantes, los medios micelares y otras técnicas de preconcentración”. Relata que, cuando casi estaba terminado su doctorado, hubo un boom en el campo de la preparación de muestras gracias a la aportación del profesor Janusz Pawliszyn, que inventó lo que se conoce como la microextracción en fase sólida (SPME), “que es prácticamente miniaturizar hasta el punto de que prácticamente con una fibra de un centímetro de longitud y del grosor de un cabello, es posible hacer esas extracciones y llevar esas fibras directamente a los equipos de análisis”.
De este modo, el siguiente paso en la carrera de Verónica Pino le llevó a explorar, precisamente, esa vía, trabajando con otros materiales que había que integrar en esas fibras gracias a una estancia de doce meses en el grupo del profesor Daniel Armstrong en la Iowa-State University. “Es uno de los químicos analíticos más citados del mundo y en ese momento se estaba empezando a trabajar con unos materiales llamados líquidos iónicos, que ahora mismo son comunes y tienen mucha aplicabilidad, pero en aquel momento, principios de los 2000, era novedoso”.
Microextracción miniaturizada y MOFs
En la actualidad, Pino y su equipo siguen explorado estas técnicas de microextracción miniaturizada y otras derivadas y con esos líquidos iónicos, si es posible de manera automatizada. “En los últimos tiempos hemos estado trabajando con redes metalorgánicas (MOFs), materiales cristalinos perfectamente ordenados que podemos diseñar e incorporar en sus núcleos, nodos y vértices a metales o clústeres metálicos que mantienen estable esa estructura cristalina, con la ayuda de compuestos orgánicos llamados ligandos. Podemos diseñar esos materiales para hacer poros más grandes o más pequeños y, por ejemplo, poder atrapar y eliminar contaminantes en los poros de estas estructuras”, que es otra de las áreas de trabajo del grupo.
Esta metodología también se puede utilizar para la vertiente de analítica de muestras y, de hecho, el grupo está trabajado ahora mismo en una prueba de concepto, dentro de un proyecto del Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación, que explora esa posibilidad. “En lugar de estar extrayendo contaminantes del medio ambiente, utilizamos esos materiales para monitorizar selectivamente ciertos biomarcadores en muestras de orina o sangre. Son métodos más fáciles y no invasivos para analizar estos fluidos, lo cual es mucho mejor que recurrir a una punción o una biopsia. Intentamos métodos analíticos rápidos con estos nuevos materiales y esta miniaturización”.
El grupo MAT4ALL ya tiene una patente licenciada por la empresa Teknokroma para empezar a comercializar estos MOF en forma de filamento a finales de este mismo año, y también está en curso otra patente de viales con estas redes cristalinas, que ya está a punto de resolución y en plena búsqueda de una empresa que desee licenciarla.
Química verde
Verónica Pino señala que, en química analítica, el reto de futuro más inmediato pasa por conseguir los métodos más verdes posibles, dentro de esa tendencia de la Green Chemistry que ya lleva unas tres décadas en desarrollo y marca cada vez más la hoja de ruta en esta disciplina. “Consiste en evaluar la metodología que estemos utilizando y que su impacto ambiental sea prácticamente nulo, pero, al mismo tiempo, que la técnica funcione sin errores y sea reproductible, barata, robusta y eficiente. Es complejo, porque pretendemos que, por ejemplo, una persona escupa en un tubo y nosotros implemente introduzcamos una fibra (un pelo) para hacer ese análisis. Una fibra con cristal que tiene que ser de fácil síntesis, biodegradable, de baja citotoxicidad y barato. Y con todos esos requisitos, hemos de ser capaces de atrapar un biomarcador e irnos rápidamente a nuestros equipos o técnicas de análisis y que la fiabilidad del resultado sea totalmente comparable a una técnica convencional”.
Lograr ese objetivo general va a suponer avanzar en áreas como el diseño de materiales, la inteligencia artificial, la miniaturización, la sostenibilidad y la “bioinspiración”, es decir, intentar imitar en el laboratorio lo que hace la naturaleza. “Hay un reto más, quizá el más relevante, que es poder extrapolar estás cuestiones a países en vías de desarrollo, para que puedan disponer de estas metodologías, les sean sencillas y, de alguna manera, así eliminar la distinción entre países desarrollados y en vías de desarrollo a la hora de afrontar, por ejemplo, análisis medioambientales o cuestiones de seguridad alimentaria”.
La catedrática explica que, siguiendo esta voluntad de sostenibilidad ecológica, ya hay muchos grupos de investigación que, por ejemplo, utilizan corcho o biopolímeros como materia de extracción, que son limpios y relativamente baratos. El consumo eléctrico es otro de los problemas, especialmente cuando se combinan estas técnicas de extracción con equipos de cromatografía que necesitan mucha energía para funcionar, y por eso se está trabajado en mejorar los sensores, miniaturizar los elementos y aumentar la velocidad de proceso (fast chromatography) para disminuir ese gasto.
Otra área que ha crecido los últimos años para impulsar esta “química verde” ha sido el de las métricas que evalúan el grado de sostenibilidad de los métodos de análisis recién publicados. “Es un cálculo que da un valor que indica si es sostenible o no. Resulta complejo porque esas métricas tienen que computar muchas cosas diferentes, pero se da cada vez más y, de hecho, la mayoría de los últimos artículos sobre preparación de muestras ya tienen que ir acompañados por la validación del método desde el punto de vista de las métricas”.
La experiencia estadounidense
El currículo investigador de Verónica Pino incluye estancias en el Instituto Canario de Investigaciones Agrarias (en donde se dedicó al análisis agroalimentario de productos canarios como el queso ahumado) y contratos en las convocatorias Juan de la Cierva y Ramón y Cajal, hasta finalmente estabilizarse en la Universidad de La Laguna, logrando la cátedra a una edad relativamente temprana. Esta progresión le ha sido posible, en gran medida, por el currículo internacional que ha ido fraguando gracias a diversas estancas en Europa (la Universidad de Lyon, con el profesor Alain Berthod, concretamente) y, sobre todo, en Estados Unidos, en donde, sumando sus diferentes visitas a distintas universidades, ha estado trabajado durante dos años.
Así, su trayectoria estadounidense comenzaría con una estancia predoctoral en el equipo de Willie L. Hinze en la Wake-Forest University (Carolina del Norte), que fue quien le ayudó a contactar con el ya mencionado David Armstrong en Iowa. Finalmente, su última estancia estadounidense hasta la fecha fue en la University of Toledo (Ohio), con el profesor Jared L. Anderson.
Con ese bagaje puede comparar los sistemas universitarios europeo y estadounidense, señalando que la situación es similar en lo que respecta a conocimientos, forma de abordar la investigación, estructura del trabajo en laboratorio y de escritura de artículos. La gran diferencia es monetaria. “Allí hay mucho dinero no derrochado, bien pensado. Si eres de un grupo verdaderamente eficiente y con ideas novedosas, entran muchos fondos y todo es fácil. En mis visitas tuve acceso a instalaciones que no estaban disponibles en la Universidad de La Laguna. En los últimos años ha habido grandes inversiones en infraestructuras y el Servicio General de Apoyo a la Investigación cuenta con equipamiento de altísimo nivel, así que ahora hay instrumentación de la cual en aquel momento yo no disponía”.
En EEUU hay muchos mecenas privados que apoyan los proyectos de investigación con una mentalidad a largo plazo, sabiendo que probablemente se tarde más de una década en obtener resultados. E incluso hay casos de investigadores que poseen sus propias empresas, como era el caso de Armstrong, que tenía una compañía en la que desarrollaba parte de su I+D. Sin olvidar que también hay fondos públicos de instituciones como la National Sciece Foundation, el equivalente al Ministerio en España. “Las cuantías de los proyectos son mucho más elevadas. En España tenemos que hacer ingeniería económica para alargar el dinero, los reactivos y las limitaciones para contratar personal”.
Una diferencia que le llamó la atención es que en EEUU los grupos de investigación como tales no existen, y todo gira en torno a un profesor prestigioso que tiene a su cargo estudiantes de doctorado y máster, o algún investigador postdoctoral. “Esto es posible porque las horas de docencia son menores; allá distinguen lo que es un professor, que no da muchas horas de docencia y puede centrarse más en investigación, de lo que es un lecturer, que solo imparte clases”. Además, cuentan con el apoyo de técnicos de gestión especializados que también les libera de esa vertiente de los proyectos.
La gestión desde el otro lado
Precisamente la gestión de la investigación ocupó una parte importante del tiempo de Pino entre 2019 y principios de 2023, cuando aceptó el nombramiento como directora de Secretariado de Estrategia Científica del Vicerrectorado de Investigación y Transferencia.
“El motivo por el que decidí dar un paso al frente y unirme al vicerrectorado fue que creía que hacía falta un investigador en activo en un cargo de gestión para poner en valor -atención a lo que voy a decir- el ‘sufrimiento de los investigadores’. Es decir: lo que le cuesta a un profesor publicar un buen artículo; lo que le cuesta a un joven científico conseguir un contrato predoctoral; lo que le cuesta a un IP conseguir un proyecto financiable; lo que cuesta la gestión de los dineros. Quería entrar en esa parte de gestión para saber qué trabas había y cómo, desde el punto de vista del investigador, se podían solucionar”.
La burocracia, el cumplimiento de plazos legales y los controles de intervención económica son algunos de los escollos con las que tuvo que lidiar. En ese punto, alaba la labor del personal del Servicio de Investigación, al cual califica de “una universidad en sí mismo” porque gestiona proyectos, recursos humanos, innovaciones y transferencias, cursos, y moviliza mucho dinero. Por desgracia, está sobrepasado porque carece de suficiente personal. “Y se quejan con razón. Necesitan apoyo técnico cualificado que conozca el mundo de la investigación, porque trabajan muchísimas horas, fines de semana, por las tardes… En convocatorias claves, han estado validando proyectos desde su casa un domingo”.
La gestión conlleva, pues, esa vertiente humana de conocer los problemas tanto de ese personal administrativo como el del conjunto de investigadores, e intentar conciliarlos. En todo caso, cree que es necesario reforzar la gestión para así liberar de esa tarea al personal investigador. “Dedicamos casi la misma cantidad de tiempo a gestión y a docencia, y la menos, a investigación. Y eso no puede ser”.
Química en la ULL
Ya liberada de estas responsabilidades, Verónica Pino ha vuelto al mundo de la investigación por la puerta grande, gracias a que fue coorganizadora, junto al también catedrático Javier Hernández Borges, del vigésimo quinto Simposio Internacional de Avances en Técnicas de Extracción (ExTech 2023), celebrado en julio de este mismo año. Contó con 230 participantes de más de doce países, algunos tan lejanos como China o Kazajistán.
“Es el congreso de referencia internacional para quienes trabajamos estas técnicas de extracción y tratamiento de muestras, y pudimos contar con la presencia del inventor de las fibras SPME, Janusz Pawliszyn”. El hecho más destacable es que la organización de esta edición tan importante fue encomendada a dos profesores de la casa. “Creo que eso posiciona la Universidad de La Laguna como referente internacional en este ámbito”.
Y es que, como señala la catedrática, la institución académica tinerfeña puede sentirse orgullosa de la labor científica que desarrolla en el ámbito de conocimiento de la Química, dada la relevancia de la investigación desarrollada a través de los institutos universitarios de Bio-Orgánica Antonio González y de Enfermedades Tropicales y Salud Pública de Canarias, así como los departamentos de Química y de Química Orgánica, la cual queda evidencia en un volumen de publicaciones muy destacable.
“Somos departamentos que habitualmente consiguen financiación para diferentes grupos en el Plan Nacional y también europeos. Aunque la Universidad de La Laguna tiene una investigación de alto nivel en todas las áreas, en el caso concreto de Química puedes nombrar a cinco o seis profesores que son referentes en su ámbito: nosotros en sample preparation, en química analítica y cromatografía; la gente de materiales; en catálisis; en electroquímica; en microscopía; en nanomateriales; y, por supuesto, en productos naturales. Cuando haces alguna estancia y nombras a un compañero de la Universidad de La Laguna en cualquier punto de España, compruebas que son referentes”.
