Ver el interior de un material, inorgánico u orgánico, averiguar el tamaño de sus partículas, su densidad, su estructura, estudiar la evolución de un proceso o su deformación cuando está bajo presión. Y todo a escala nanométrica y con una alta resolución.

Esto, entre otras muchas funciones más, es lo que permitirá un equipo pionero de nanotomografía computerizada de rayos X que se prevé poner en marcha a finales de 2020 en la Universidad de Málaga. Un total de 825.000 euros se invertirán para adquirir esta tecnología que se instalará en la Unidad de Refracción de Rayos X del SCAI, Servicios Centrales de Apoyo a la Investigación.

La tecnología pretende dar servicios tanto a la comunidad universitaria como a organismos externos, a otros centros públicos de investigación y empresas privadas. Para ello se establecerán unas tarifas que se fijarán en el Consejo de Gobierno.

“Es una infraestructura que va a ser bastante versátil y polivalente para que se pueda aplicar en distintos campos, no solo en el de los materiales”, indica el catedrático de Química Inorgánica Aurelio Cabeza. “También tendrán cabida estudios de biomateriales, botánica, muestras arquitectónicas, arqueológicas, paleontológicas, calidad y procesado de materiales, un amplio espectro”, agrega.

Se podrán estudiar muestras de muy diversos tamaños

Cuando esté en servicio será el primer tomógrafo de la UMA, como explica la doctora en Química y técnica de la Unidad de Refracción, Laura León. “El equipo será pionero en cuanto a las prestaciones técnicas que va a ofrecer, que son alta sensibilidad de contraste y alta resolución para muestras de muy diversos tamaños, desde muestras de varios centímetros hasta otras de 20 ó 25 kilos, de 30 por 40 centímetros”, indican los expertos. 

Subrayan igualmente la importancia de contar con un equipo con resolución a escala nanométrica, de los pocos que existen en España. “Vamos a tener una tecnología puntera en la Universidad de Málaga y en general en Andalucía”, añade Aurelio Cabeza, que explica su funcionamiento.

“Cuando irradias un material con rayos X puedes obtener una proyección, una imagen de ese material como resultado de los procesos de absorción o atenuación que los distintos componentes del material van a sufrir como respuesta a esa interacción con los rayos X”, comenta el catedrático.

Aurelio Cabeza con uno de los equipos actuales del laboratorio.

“Lo primero que tenemos es una imagen bidimensional, pero si ahora nosotros vamos girando la muestra y vamos tomando miles de imágenes de forma consecutivas y las sumamos, tenemos la imagen tridimensional del objeto, eso es el tomograma. Como un tac aplicado a materiales. Te permite estudiar la estructura interna del objeto, tienes los detalles de cómo está formado”, apunta.

Una herramienta útil para la arqueología y paleontología

Laura León señala un ejemplo. “Una pieza metálica manufacturada que tenga un defecto interno, una grieta nanométrica interna que podrías ver con esta técnica o también estudiar una pieza arqueológica que no puedes romper ni destruir”.

Con este equipo, como sostiene el catedrático, “podríamos ver las distintas fases cristalinas que integran la pieza, cómo se ensamblan, qué porosidad queda en los materiales, eso te puede dar información del método de producción que se siguió y con ellos puedes llegar incluso a datar o localizar el yacimiento”.

El equipo también permite hacer análisis cuantitativo, estudiar el tamaño de las partículas de los materiales, perfiles de densidades, dinámica de flujos, porosidad, estudios cinéticos, de permeabilidades, etcétera. Estos van a ser muy importante en el estudio de cementos y hormigones, una de las líneas de investigación del grupo Diseño Estructural de Materiales Inorgánicos, del Departamento de Química Inorgánica, Cristalografía y Mineralogía que dirige Aurelio Cabeza.

Igualmente, con esta nueva tecnología se podrá estudiar las deformaciones bajo presión, de tensión, temperatura, etcétera, de los materiales. Además de los estudios en materiales de construcción, otra de las áreas es la de pilas de combustible y baterías. “Las tres áreas vamos a hacer uso de la técnica, también se van a estudiar esos catalizadores”, señala el catedrático.

Una muestra lista para analizar.

Comprobar la evolución de los procesos

Una característica de este equipo también es que permite hacer los estudios en el tiempo y ver la evolución de los procesos. “Podemos comparar esas imágenes 3D en distintos intervalos de tiempo y hacer el seguimiento del proceso, hacer el estudio in situ. Por ejemplo en la hidratación del cemento. Ver cómo va cambiando la porosidad, el ensamblaje y conocer las reacciones implicadas en el fraguado”, inciden los especialistas.

Laura León destaca que “lo bueno es que es una técnica no destructiva y esto es de gran ayuda para las muestras arqueológicas, por ejemplo. También fósiles o rocas sedimentarias”. Además, se podrán estudiar pruebas orgánicas, una planta o un insecto, por ejemplo, estudiar su morfología y sus características.

“Hemos estudiado en el SCAI una válvula del corazón, pero la hemos tenido que desmontar y hacerlo por partes. Si hubiéramos tenido el equipo aquí lo podríamos haber estudiado completa y sin alterar”, subraya León.

En la primera fase de adquisición

Todavía se está en la primera fase de la adquisición de esta tecnología. Aún tiene que salir la resolución definitiva, establecer el pliego técnico de condiciones y sacarlo a concurso. Proceso que estiman que dure alrededor de un año.

Estefanía Quintero maneja uno de los equipos de la Unidad de Refracción.

“Esto mejorará significativamente las investigaciones actuales y servirá para desarrollar nuevos proyectos “, comentan los investigadores. Hasta el momento, para llevar a cabo este tipo de estudios tenían que hacer uso de un Sincrotrón, grandes instalaciones científicas ubicadas en Suiza, Francia, Alemania, Inglaterra y, ahora, en Barcelona.

Pero tenían que plantear la solicitud y esperar los tiempos de estos equipos tan caros y demandados. Cuando esté en uso el nanotomógrafo de la UMA se podrán hacer los estudios preliminares aquí e, incluso, resolver el problema sin tener que marcharse fuera. “La investigación va a ser mucho más fluida y va a generarán nuevas relaciones entre los distintos equipos de investigación de otras universidades, establecer colaboraciones”, estiman los expertos.

Además, la Unidad de Refracción ya tiene usuarios que demandaban esta tecnología, que requiere de personal cualificado para realizar el análisis e interpretación de los resultados. Además de Laura León, Estefanía Quintero y Esther Medina, esta última ingeniera química, conforman el equipo actual de la unidad. Un personal que, en función de la demanda, tendrá que crecer para poder dar uso a esta avanzada tecnología.