Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
plazar) sean capaces de regenerartejidos. Este proceso se conocecomo inaeniería tisular.
LA INVESTIGACION
EN ESPAÑAEN BIOMATERIALES
Actualmente en España existengrupos de gran prestigio, no sólonacional sino internacional, quehacen investigación básica y aplicada en biomaterialcs. Creemos que enningún caso tendrán inconvenienteen atender a aquellos lectores quequieran saber más sobre los temasexpuestos. En el campo de los metales y cementos óseos se puede citar alos Profesores Planell y Gil Mur, dela Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad
Politécnica de Cataluña: en materia
les cerámicos, a la Profesora Vallet
Regí, del Dpio. de Bioinorgánica dela Facultad de Fannacia de la Uni
versidad CompIuten.se de Madrid, ya la Profesora León, del Dpto. deFísica Aplicada de la Facultad deCiencias Físicas de la Universidad
de Vigo; en polímeros, al Profesor
San Román, del Instituto de Química Orgánica del CSIC; en materialesbiomiméticos, al Profesor Cabello,
del Departamento de Física de laMateria Condensada de la Escuela
Técnica Superior de IngenierosIndustriales de la Universidad de
Valladolid; y en materiales de origenbiológico y biocompatibilidad, a losProfesores Olmo, Tumay y Lizarbe,del Dpto. de Bioquímica y BiologíaMolecular de la Facultad de Cien
cias Químicas de la Universidad
Complutense de Madrid. Todosellos, contribuyen de forma activa albuen desarrollo de la ciencia de los
biomateriales en España, como asíha quedado demostrado en el últimocongreso europeo sobre la materiacelebrado en Barcelona el pasadomes de septiembre.
BIBLIOGRAFIA
Las bases de datos que existendisponibles en Internet hacen posible que accedamos a numerosaspublicaciones científicas. La conocida y popular dirección PubMed(www.ncbi.nlm.nih.gov) permitirá
acceder a temas específicos y a lasúltimas publicaciones de los lemasseleccionados. En cuanto a libros
generales y básicos sobre biomateriales y bioingeniería se puedencitar los siguientes:
"Biomateriales: Aquí y Ahora".Editorial Dykinson. M. ValletRegí y L. Muñera (Editores).Madrid (2000).
"Fundamentos de Biomecánica yBiomateriales". Editorial Edicio
nes Ergon. I. Proubasta; J. GilMur y J.A. Planell (Editores).Madrid (1997).
"Biomaterials Science". Editorial
Academic Press. B.D. Ratner,
A.S. Hoffman, F.J. Schoen & J.E.
Lemons (Editores). Nueva York,USA (1996).
"The Biomedical Engineering Hand-book". Editorial CRC Press. J.D.
Bronzino (Editor). Boca Ratón,
Florida, USA (1995).
Eduardo .lorge HerreroSenicio de Cirugía Exjjeriniental de la
Clínico Puerta de Hierro
y Pilar Fernández HernandoDpto. Ciencias Analíticas
COIABORACIONES
La inesperada efectividad de la investigaciónfuera de su campo específico^-^
Ejemplos propios:
Reacciones de nitrógeno y oxígeno sobre SiC y el sistema de
' Discurso pronunciado por el autor en elacto de investidura como Doctor Honoris Cansa
en Ciencias por la Universidad Nacional de Educación a Di.stancia (Madrid. 28 de noviembre de
2002). inspirado, en su Ibrmato, en el ensayo deE. Wigner (1959); '"The Unreasonable Effeclive-ness of Miithcmatics in tlie Natural Sciencies";
capítulo 17 de "Synimetry amt ¡icftcciions-Scieniific Esxays": Indiana Universiiy Press(1967).
- Traducido de la vensión original en inglés
por Ana Villucndas de Sambricio y Jo.sé LuisCastillo.
protección térmica del trasbor-dador orbital espacial {SpaceShuníe).
Las placas del Estegosaurio ysu papel en la transferencia decalor.
Investigación sobre "carbón"en ausencia de carbón: deposi
ción de vapor, deposición depanículas y deposición simultánea de partículas y vapores.
Producción controlada y medidas de panículas valiosas peroinvisibles (de "malas" partículas a "buenas" partículas).
Ejemplos de la investigaciónde otros dos colegas:
Desarrollo de la técnica de Cro
matografía Líquida -Electros-pray- Espectrometría de Masaspara bioquímica analítica.
Conclusiones y "Lecciones"que deben aprenderse.
INTRODUCCION
La ocasión de este gi'an lionor yceremonia me proporcionan unabuena oportunidad para reflexionarsobre mis experiencias en investigación y sobre alguntts de las conclusiones que he obtenido de ellas. Aunquecada uno de nosotros constituye unelemento único e irrepetible, quizás
algunas de estas observaciones yejemplos puedan ser útiles a las próximas generaciones de académicos,muchos de los cuales tendrán, inevita
blemente, alguna dificultad inicial para"encontrar el camino" y comenzai'ánsu carrera sin tener un alto grado deconfianza en sí mismos. Algunos de
estos ejemplos contienen tambiénimplicaciones para quienes se dedican
a la guía y/o al apoyo financiero de lainvestigación de otros, como se menciona explícitamente en la sección tercera de este trabajo. Evidentemente,los detalles específicos de mis ejemplos concretos no es de esperar quesean directamente transferibles, perociertas "lecciones" pueden ser de aplicación más general, incluso fuera deldominio de la investigación en cienciae ingeniería (a la que explícitamenteme restringiré).Un tema presente a lo largo de
toda mi propia experiencia personaly que de hecho ha motivado mielección del título, es que un ataque"frontal" -o a la "fuerza bruta"- a
un problema aplicado de envergadura, raramente es la táctica queconduce a una solución "económi
ca" del problema. Más bien, suelehaber caminos de "menor resisten
cia" (sí, ¡incluso caminos "tortuosos"!) que proporcionan la ideanecesaria para obtener resultados ycontinuar siguiendo nuevas direc
ciones, a menudo imprevistas, peroen cualquier caso fructíferas.Un segundo tema permanente es
que la amplitud de miras en educación e investigación puede ser bastante ft'uctífera. En efecto, ptirece queestar completamente sumergido en latradición de una sola disciplina enparticular, prácticamente ¡te "condena" a limitarte a pequeños progresosbastante poco imaginativos! Si misejemplos (en la siguiente sección)parecen indicar algo, es que cada unode nosotros puede explotar sus grandes conocimientos (en cierto modo
no planificados pero invariablementeúnicos) incluso en esta era de cada
vez mayores (pero no tan efectivos)centros de I+D, y "equipos" de investigación interdisciplinares. Ejemplosdel éxito de los "inlmsos" abundan
en la historia de la ciencia y de la tecnología. A continuación, intentaréampliar esta ya larga lista, aunque enel contexto de retos científicos o tec
nológicos más modestos.
EJEMPLOS DE EXITOS
INESPERADOS
De un sencillo filamento
al trasbordador espacia!
Mi primer ejemplo versa sobre uncaso destacado, en el que una serie
de experimentos de mesa de laboratorio y bajo coste, sobre .sencillosfilamentos, de diámetro submilimé-
trico, calentados eléctricamente
(¡condiciones claramente alejadas delas complejidades de la re-entradahipersónica de un gran vehículoespacial tripulado en la atmósferaterrestre!) proporcionan la información necesaria para diseñar el llamado "sistema de protección térmica"del trasbordador orbital espacial dela NASA (conocido como SpaceShuttle).
Si se intentan reproducir conexactitud todas las condiciones
"aero-termodinámicas" encontra
das por este vehículo tripulado dere-entrada, se deberían construir
unas instalaciones de prueba bastante grandes y muy costosas. Sinembargo, a principio de la décadade 1960, el autor concluyó que simediante una descarga de micro-ondas se pudieran producir lasespecies químicas correctas en unreactor experimental de flujo degas (esquemáticamente representado en la Figura la), estas especies(en este caso oxígeno y nitrógenoatómicos) podrían ser dirigidascontra materiales refractarios (porejemplo, carburo de silicio) calen
tados eléctricamente, de interés
futuro para cohetes y para el programa espacial. Estas mediciones
CAVÍDAD
DE MICROONDAS
CORRIENTE
A LAS BOMBASAL POTENCIÓMETROENTRADA
DEL DOSíFICADOR
Figura ¡a. Reactor de flujo (esquemático) para el estudio del ataque al material sólido refractante de carburo de silicio (SiC en forma defilamento) por mezclas gaseosas de oxígeno atómico y nitrógeno atómico Ireproducida a partir íle Rosner y AUendorf (1970a)].
VIDA CIENTIFICA
podrían estar relacionadas con laprobabilidad de que estas colisiones, entre el gas y el sólido, fuerancapaces de "gasificar" el material(Rosner y Allendorf, 1970a, b), ypermitirían a los ingenieros quetrabajaban en la industria, bajocontrato con la NASA, calcular
cuántas "re-entradas" podrían sersoportadas por los materiales escogidos finalmente para recubrir elborde de ataque y la cubierta de lanariz frontal del trasbordador
Space Shurtle (Figura Ib).
La aproximaciónde un ingeniero para descubrirla funcionalidad de las placasde los dinosaurios
Con anterioridad al año académi
co 1974-75, se admitía en la paleontología convencional que las enormes placas que se alineaban en ellomo de dinosaurios como el esie-
gosaurio (véase la Figura 2, dibujada por el autor para la portada de larevista Science) eran, en cierto
modo, unas estructuras útiles para elcombate de los dinosaurios con sus
depredadores. En aquel entonces,un estudiante de doctorado en paleontología (James O. Farlow) se presentó en mi oficina, preguntándosesi existía alguna manera de demostrar su audaz hipótesis alternativa; asaber, que estas estructuras cumplíanrealmente una función de disipación
del calor corporal. Las implicaciones de esta hipótesis rival, de sercierta, incluían un nivel metabólico
muy superior al que se esperaríapara estas criaturas prehistóricasque se suponían previamente de"sangre fría".¿Cómo puede un ingeniero quí-
mico/mecánico/aeronáulico, sin for
mación en paleontología y sin unproyecto para financiar un estudio"adecuado", arrojar alguna luzsobre una cuestión fisiológica taninsólita? Tras una refiexión, decidi
mos que quizás una combinación deobservaciones de las placas de este-gosaurios. conservadas en el MuseoPeabody de Yale, junto con cálculosde ingeniería sobre transferencia de
Figura Ib. Trasbordador orhiial espacial(spacc shutile) de la NASA (vehículo de reentrada) en posición de lanzamiento, con loscohetes propulsores y el tanque externo depropclenie incorporados. Un recubrimientode SiC (véase la Figura ¡a y la Sección 2.1)protege la nariz y los bordes de ataque delaire caliente y disociado, en el momento de
la reentrada en la atmósfera terrestre.
calor ("de aletas") y; a la vez, experimentos de laboratorio sobre trans
ferencia de calor por convección,utilizando un modelo del estegosau-
rio (convenientemente simplificadoy realizado, a pequeña escala, enaluminio) montado en un pequeñotúnel de viento, ¡podrían arrojarsuficiente luz como para resolveresta pregunta! Efectivamente, lasplacas de los especímenes delmuseo revelaban las dimensiones
típicas y la evidencia de orificiospara vasos sanguíneos, y nuestroscálculos de "ingeniería" (de transferencia de calor por paneles o aletas),así como los experimentos en eltúnel de viento con un "modelo
calorímetro" ultra-simplificado enaluminio, revelaron un significativo
y controlable aumento relativo en ladisipación de calor, para todas lasorientaciones del viento. Este des
cubrimiento de la función termo-
reguladora de las placas del estego-saurio, que fue publicado en larevista Science (Farlow y otros,1976), causó un impacto sorpren
dente en el mundo de la paleontología, al igual que sobre el público engeneral (cuyo apetito de información sobre estas extintas criaturas
parece insaciable). He dejado lasimplicaciones más generales de estetrabajo a mi joven coautor (actualmente Profesor de Paleontología)
pero a mi entender, nuestros principales resultados han soportado elpaso del tiempo y esta breve e inusual "excursión fuera de la corriente
principal" incluso ¡me ganó temporalmente un puesto en el "Quién esquién en Paleontología"!
Investigación en carbón¡sin carbón!
Las cámaras de combustión de
carbón pulverizado para generaciónde energía deben afrontar los grandes problemas asociados con elcontenido inorgánico de todos loscarbones. Este contenido inorgánico conduce inevitablemente a la
formación y deposición de "cenizasvolantes" y, aguas abajo en lacorriente, a posibles problemas deemisiones que deben ser resueltospara asegurar la operación de lascentrales, a largo plazo, en la proximidad de centros urbanos. ¿Cuálesserán las leyes de deposición departículas sobre, por ejemplo, lassuperficies de los intercambiadoresde calor expuestos a semejantescorrientes cargadas de partículasque son producto de la combustión?Estas leyes que dependen delespectro de tamaños de las partículas producidas ¿deben estudiarsequemando carbón realmente? Talvez sería más ventajoso producirlas partículas del tamaño adecuadopor otros medios y en ambiente decombustión que fuera mucho másfácil de controlar y caracterizar. Alprincipio de la década de 1980, esta
estrategia fue desarrollada en nuestro laboratorio por el simple método de pulverizar soluciones acuosasde sales de Mg en un quemadorplano de premezcla laminar (Figura 3), y haciendo incidir la corrien
te resultante con partículas de MgO
sobre láminas de platino que podíancalentarse eléctricamente a diferen
tes temperaturas (siempre inferioresa la temperatura de los gases quemados). Puesto que la refleclividadde la lámina dependería de la porción cubierta por partículas, la pendiente en la disminución de la
reflectividad podría utilizarse paraobtener rápidamente el ritmo de
deposición de las partículas. Estosexperimentos se podían repetir paradiferentes temperaturas de las cintas y de la llama. De esta forma,
fuimos capaces de establecer conprecisión las leyes que gobiernan elritmo de deposición de partículassubmicrónicas suspendidas sobresuperficies "frías" (Rosner y Kim,
ISCIENCE
Figura 2. Portada de la revista Science,del II de junio de ¡976, mostrando el grabado {reconstrucción) del autor del dino
saurio Estegosaurio. El dibujo acompañaba al artículo técnico (en las páginas1123 a II25) que presentaba la evidenciade "ingeniería" (incluyendo experimentoscon un "modelo". en un ti'mel de viento)de que la doble fila de placas eran realmente "aletas" para disipación de calor.
1984), proporcionando las basespara el desarrollo de teorías predic-tivas y de correlaciones para ingeniería (Gokoglu y Rosner, 1984)(anteriormente sólo disponibles
para difusión ordinaria (Brownia-na) y no para situaciones dominadas por "termofóresis de partículas"). Además, estas nuevas leyesse utilizan no sólo en la industria de
plantas de producción de energíapara predecir el ensuciamiento de
los intercambiadores de calor, sino
que también se utilizan para optimizar la producción de fibra óptica(Park y Rosner, 1988), para laindustria de telecomunicaciones.
En ampliaciones de estos experimentos fuimos capaces de estable
cer las leyes que gobiernan la deposición de vapores condensables(Liang y Rosner, 1987; Castillo yRosner, 1989a, b) y la importanteinteracción entre deposición de partículas y deposición de vapores(Castillo y Rosner, 1988).
LÁMINA DE PLATINO
INTERRUPTOR
PÜLSATORIO
LASER 1 DETECTOR
QUEMADOR
FIBRA
ÓPTICA
SUMINISTRO DE GAS
DE PRE-COMBUSTIÓNDOPADO
DETECTOR
AMPLIFICADOR
SÍNCRONO
FOTODETECTOR
SEÑALREFLEJADA
SEÑAL DE REFERENCIA
PICO-AMPERÍMETRO
SEÑALDISPERSADA
Figura 3. Técnica de la reflectividad de láminas para estudios experimentales en tiempo real de ta deposición inducida por termofóresis departículas submicrónicas de MgO(.s), a partir de ima corriente laminar de productos gaseosos de combustión
(reproducida a partir de Rosner y Kim (¡984)}.
FRACCIONES POR VOLUMEN DE HOLLÍN
TÉCNICA TPS FRENTE A TÉCNICA LLE
a a
Llamas en flujos
contracorriente no premezcíados
n Etano
Metano
CONCENTRACION DE HOLLIN (ppm)
TÉCNICA "LLE"
Fi}{ura 4. Comparación de ¡as concentraciones ¡ocales de lioHíii (fracciones por vohanen en partes por miUón, ppm) medidas por dos técnicas independientes: por ¡a "respuesta de¡ lermopar" (marcada como "TPS"). v por extinción de luz ¡áser (marcada como "LLE")
[reproducida o partir de McEnaUy y otros (¡997)}.
Muestreo no selectivo
de partículas "'invisibles"
En investigación, cada nuevo descubrimiento tiene habitualmente
importantes implicaciones. Si lacaptura de partículas submicrónicasde aerosoles por un receptor frío estádominada por lermofóresis y sepuede demostrar que el ritmo conque se depositan las partículas esindependiente del tamaño y morfología de las partículas, entoncespuede explotarse un fenómeno delaboratorio que era previamente"sufrido como una desgracia". Merefiero a la "deriva" (debida a la captura de polvo) de la lectura de un ter-mopar, cuando se introduce en unflujo caliente de gas polvoriento.Una vez entendida esta "deriva",
como el resultado de la deposicióndel polvo en el termopar por el mecanismo de termofóresis, la evolución
temporal de la temperatura medida
puede transformarse matemáticamente en una linca recta, cuya pendiente proporciona la concentraciónlocal de partículas ("fracción devolumen de hollín"). |sin necesidadde ninguna hipótesis sobre la distribución de tamaños, ni sobre la mor
fología o las propiedades ópticas delas partículas (Eisner y Rosner,1985, McEnally y otros. 1997)!(Véase Figura 4.) Esta sencilla técnica experimental se usa ahoraampliamente, siendo incluso sensible a partículas suspendidas que noabsorben la radiación visible -como
ocurre con el hollín "recién forma
do", de tamaño nanométrico. en las
llamas ricas de hidrocarburo en aire
(McEnally y otros, 1997; Koylu yotros, 1997. Basile y otros, 2002).
Nuestro análisis de la respuestadel termopar originó también laahora llamada técnica de "muestreo
termoforético" (conocida como TPS,
por sus siglas en inglés) (Dobbins y
Megaridis, 1987; Koylu y otros,1997, Xing y otros, 1996). En estecaso, el receptor frío, insertado sóloun corto intervalo de tiempo en elambiente de la llama, contiene un
soporte de los utilizados en unmicroscopio electrónico (EM-) y quepuede ser posteriormente examinadocon una magnificación de 10.000aumentos, haciendo visibles las partículas con diámetros superiores a los10 nanómetros. El hecho de que elmuestreo termoforético sea realmen
te insensitivo al tamaño y morfologíade las partículas, fue convincentemente demostrado teóriciimente en
tres artículos de nuestro giupo de
investigación (Rosner y García-Yba-rra, 1989; Mackowski, 1990 y Rosner y otros, 1991) y apoyado por los
experimentos de Gómez y Rosner(1993). El muestreo lemioforético .seutiliza actualmente en todo el
mundo, especialmente para detemii-nar sin ambigüedad los tamaños de
esférulas y agregados y la morfología de partículas, (véase, por ejemplo, el trabajo de Stark, 2002). Loque hace a esta técnica tan potente (ycasi indispensable) es que, a diferencia de todos los demás mecanismos
de deposición [por ejemplo: la difusión Browniana (Tíuidon y Rosner,
1995), o la inercia de las partículas(de la Mora y Rosner, 1982: Park andRosner, 1989, Rosner y otros,1995)], únicamente el muestreo ter-
moforético es "imparciaL con respecto al tamaño, la morfología y laspropiedades ópticas de las partículas.
Convección natural ¡en ausenciade gravedad!
El sistema del trasbordador espacial mencionado anteriormente, ope-racional desde ya hace unos 20 años,ha proporcionado el acceso a condiciones de gravedad reducida y Uu-gaduración, para muchos estudios fundamentales en Física, Química yBiología, e incluso para Ciencia deMateriales (por ejemplo, en crecimiento de cristales). La mayoria delos científicos e ingenieros, involucrados en el diseño de tales experimentos de crecimiento de cristales,
esperaban eliminar la convección
yendo a condiciones de gravedad"casi nula". Esta ausencia de convec
ción simplificaría en gran medida elanálisis de, digamos, experimentossobre transpone físico de vapores enlos que un material de interés sesublima en el extremo caliente de un
pequeño recipiente, mientras que enel otro extremo del mismo recipiente, crece formando capas cristalinas(una "ampolla").
Pero, si las partículas sólidas suspendidas en un gas pueden "nadar"en dirección contraria al gradientede temperatura existente, ¿por quéno podrían igualmente, las paredessólidas no isotermas de la ampollaen el crecimiento del cristal "bom
bear" una corriente en el gas, incluso en ausencia de gravedad? Estapredicción (Rosner, 1989; Rosner yPapadopoulos, 1996; véase la Figura 5) cogió "por sorpresa" a muchosen las comunidades de mecánica de
fluidos continuos, y de crecimientocristalino, y motivó un aluvión deinvestigaciones intemacionalmente(que continua hoy día). Efectivamente, la "microgravedad" puedeser el ambiente más atractivo paraestudiar la condición de "desliza
miento térmico" que se aplica a unHuido viscoso en contacto con una
pared sólida no isotérmica. Una
forma especialmente simple deabordarlo sería estudiar y analizarcon varias esferas de pequeña inercia, recubiertas de materiales debaja conductividad térmica, el arrastre "foto-forético" que las aleja deuna misma fuente luminosa de alta
intensidad, efecto que el autor hallamado: un experimento de "carrera espacial". Es una pena, pero, afecha de hoy, aún no han sido proporcionados los recursos necesariospor la NASA, para llevar a cabo estaidea.
Amplificación del poder analíticode los cromatógrafosy espectrómetros de masas:El "Electrospray" comoadaptador
Mi último ejemplo proviene deltrabajo de dos de mis, durantemucho tiempo, colegas del Departamento de Ingeniería Química de laUniversidad de Yale. Durante los
últimos 30 años, en este Departamento de Yale han existido dos
grandes líneas de investigación,¡incluso más alejadas de la líneacentral que la mía propia! Una eradel Profesor Csaba Horvath; una
evolución de la técnica denominada
I I ^
t t t
/ / / '
1 ' <
I ' ̂
1 -
pared lateral
pared lateral
Figura 5. Predicción de las corrientes en el gas ("promovidas" por las paredes sólidas no isotérmicas) dentro de un recipiente rectangular,en ausencia de gravedad ¡reproducida a partir de Rosner y Papadopoidos (¡996)].
EFLUENTE + MUESTRA
CAPILAR CON ADSORBENTE
LENTES
ELECTROSTÁTICAS
CAPILAR
LÍQUIDO
MUESTRA AGUJA JESPECTRÓMETRO DEMASAS CUADRIPOLAR
ELECTRODO
CILÍNDRICOSALIDA DEL HPLC
CROMATOGRAFO
LÍQUIDO
GAS DE
SECADO
ELECTRO-SPRAY COMO
DISPOSITIVO ACOPLADOR
ENTRE LOS OTROS DOS
ENRASADOS
1ST ETAPA DE
BOMBEO
CAMARA DE
ANALIZADOR
2ND ETAPA DE
BOMBEO
MASS SPECTROMETER
(MS)
Figura 6. hisirumenio "en serie", cromatógrafo líquido, electro-spray y espectrómetro de masas ("LC-ES-MS") (esquemático) desarrolladocomo resultado de la investigación de los Profesores C. Hoirath y J.B. Fenn en el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad
'de Yule.
Cromatografía Líquida de Alto Rendimiento (abreviada por las siglasHPLC, en inglés). Esta evolución,usada intensivamente para separaciones bioquímicas, está ampliamente acreditada y Horvath aparece,por derecho propio, listado entre los200 químicos aplicadOxS más notables del recientemente pasado siglo.La segunda, y aparentemente independiente, línea de investigación era
el desíUTollo y aplicación del análisismediante Espectrometría de Masas
(MS-) de haces moleculares de alta
intensidad del Profesor John Fenn.
Parece una ironía que entre 1984 y1994, inter\'alo en el que celebró su70 cumpleaños, Fenn obtuvo [usando una técnica denominada de
inyección líquida por "electro-spray" (ES-), Fenn y otros, 1990]una forma de introducir proteínas yotras macromoléculas de carga múltiple, en un espectrómetro de masaspara análisis de carga/masa. Digoque una ironía, porque la combinación "en serie" de LC-ES-MS (véase
la Figura 6) constituye ahora para lacomunidad bioquímica, farmacéutica y de ingeniería, quizás la herramienta analítica disponible máspotente, juna herramienta muchomás potente que HPLC o MS por sí
mismas! Por este último descubri
miento, "el electro-spray comoadaptador", John Fenn (ahora con 85
años de edad) ha sido uno de los
galardonados con el Premio Nobelen Química en el año 2002.
ALGUNAS LECCIONES
Y CONCLUSIONES
He seleccionado unos cuantos
ejemplos representativos de mi propio "viaje" por la investigación, presentándolos aproximadamente enorden cronológico. Tengo mis dudassobre si con ello puede apreciarseen detalle una cierta "trayectoriaprofesional", y es prácticamenteimposible para mí, cuaníificai' lasnumerosas influencias que han con
tribuido a mi propia carrera. El
papel de personas modélicas hatenido un impacto determinante,incluyendo el de aquellos colegas aquienes "he conocido" sólo por leersus trabajos y biografías. A estacategoría pertenecen químicos, físicos, ingenieros y matemáticos cuyolegado escrito se conserva, afortunadamente, para las futuras generaciones de investigadores. Me sentíindudablemente atraído hacia el
ambiente universitario de investigación, donde he sido suficientemente
afortunado como para ser capaz decrear un grupo interdisciplinario deinvestigación [en el área genérica deIngeniería de Reacciones Químicasa Alta Temperatura, híigh Tempera-ture Chemical Reaction Enginee-
ring (HTCRE)] con una orientaciónhacia la "combustión" (Rosner,
1997); así como por atraer y trabajarcon un grupo internacional de estudiantes de doctorado e investigadores post-doctorales de talento, españoles muchos de ellos. De hecho, en
la siguiente sección se cita sólo unapequeña parte de nuestro "output"(nuestros productos), y mi esperanza es que estas ideas, técnicas yresultados continúen sirviendo
como "/n/j/ítj" (valores iniciales)para quienes nos sucedan -con nuevos resultados sorprendentes yvaliosos. También, me entusiasma
la cada vez mayor facilidad de con
tinuar colaborando con antiguos
estudiantes, a pesar de las grandesdistancias geográficas tras su graduación. Afortunadamente, hoy lo
que cuenta es la distancia medida¡en años luz!La investigación requiere tam
bién un ambiente razonablemente
100cias@uneci
estable y unos recursos económicos.He sido afortunado de "llegar a lacorriente" en un momento, para losEstados Unidos de América, en que
la financiación de proyectos parainvestigadores "principales" individuales: a) era generosa; b) no estabaconcentrada en una única agencia;c) estaba basada en un sistema derevisión "por pares", razonablemente objetivo, y: d) no estaba asociadacon la necesidad de continuos y
exhaustivos "informes". En mi
experiencia, las ideas y técnicasnovedosas se originan, en la mayoría de los casos, en una única mente,
o como resultado de la interacción
intensa entre un par de investigadores, preferentemente con distintaformación. Por eso, no sorprendeque encuentre bastante preocupantela tendencia actual de financiar
grandes "centros" (normalmente aexpensas de las ayudas a la investigación para investigadores individuales) -y dudo que sea económicamente efectiva, a pesar de losresultados reivindicados como
espectaculares y de la reducción enlos costes "administrativos" de las
agencias que se proclaman.Para terminar, deseo agradecer
al profesorado y a la administración de la UNED este gran honorque me ha concedido, !tan tempranamente! en mi carrera de investi
gación (a la vista del maravillosoejemplo de John B. Fenn mencionado con anterioridad). Espero queestos ejemplos personales y loscomentarios sirvan de ayuda, especialmente a aquellos de vosotrosque se embarquen en una carreraorientada hacia la actividad docen
te, académica orientada hacia la
investigación en una universidadde categoría mundial.
Agradecimientos
Es un placer agradecer a misanteriores y actuales colaboradoresy coautores, cuyos trabajos se citanen la siguiente sección y en mi librode texto (Rosner, 2000), así como a
todas las agencias que han patrocinado la mayor parte de la investiga
ción brevemente discutida aquí.Entre estas agencias se encuentran:US-AFOSR, NASA, DOE y NSF,además de las ayudas de las industrias afiliadas a mi laboratorio
HTCRE en Yale, entre las que se
incluyen Dupont, Babcock and Wil-cox, ALCOA, SCM-Chemicals, GEy United Technologies.
REFERENCIAS CITADAS
Basile. G.; Rolanda, A.: D"Ale.ssio. A.;D"Anna, A. & Minutólo. P.: "Coagitla-lion and Carbonizaiion Processes in
Slighlly Sooting Pre-mixed Fiantes", enProc. 29lh Intcrimlioiuil Syinpoxium onConibuxiioiu The Combu.siion Insi..
Piusbiirgh PA (enprensa; PapcrSBlO).Casiillo. J.L. & Rosner, D.E.: "Theory ot
Surlace Deposition froin a Unaiy DiluieVapor-Containlng Strcam. Allowing forCondensalion Within the Laminar Boun-
dary Layer". Cliein. Eng. Sci. 44 (4) 925-937 (1989a).
Castillo, J.L. & Rosner, D.E.: "EquiiibriumTheory of Surface Deposition froni Par-ticIc-Laden Dlluie, Saturated Vapor-Containing Laminar Boundary Layer",Chem. Eiifí. Sd. 44 (4) 939-956 (1989b).
Castillo, J.L. & Rosner. D.E.: "Non-cquiii-brium Theory of Surlace DepositionFrom Pariicle-Laden, Dilute Condcnsi-
ble-Vapor Conlaining Slream, Allowingíbr Partióle Themiophorcsis and VaporScavenging Within the Laminar Boundary Layer", /ni. J. Mulüp/uise Fhw 14(1) 99-120 (1988).
Dobbins. R.A. & Megaridis. C.: "Morpho-logy of Flame-Generated Sool as Deter-mined by Thermophorelio Sampling",Lansmuir (ACS) 3. 254-259 (1987).
Eisncr, A.D. & Rosner, D.E.: "Experimental"Siudies of Soot Panicle Thcrmophore-.sis in Non-isoihennal Combu.st¡on Ga.se.s
Using Thermocouple Responso Techni-ques". Com/mstion & FIcmic. 61, 153-166 (1985).
Farlow, J.O.; Thompson, C.V & Rosner,D.E.: "Piales of ihe Dinosaur Siegosau-rus: Forced Conveclion Heai Los.s
Fins?". 5c7V/ife. 192(4244), 1 123-1 126,(número del II de junio de 1976).
Fenn. J.B.; Mann, M.; Meng, K. & Wong.S.F.: "Eleolro-spray lonizaiion—Principies and Praclice", Mass Spectromeírv
9. 37-70 (1990).
Fernández de la Mora, J. & Rosner. D.E.:
"Incriial Deposition of Partióles Rcvisi-tcd and Extended; Eulerian Approach toa Traditionally Lagrangian Probiem", J.PliY.'iicoclic'inical /-¡yíiroclynamics (PCH)
2. 1-21 (1981); véase también: J. Fluid
Mcdts. 125.379-395 (1982).
García-Ybarra, P.L. & Rosner, D.E.: "Tlter-
mophoretic Properties of Non-sphcrioal
Partióles and Large Molecules". AlCliE/. 35(1) 1.39-147 0989).
Gokoglu, S.A. & Rosner. D.E.: "Correlationof Thermophoretically-Modiried SmallPartióle Diffusional Deposition Rates inForoed Conveclion Sysiems Wiih Variable Properties. Transpiration Coolingand/or Viscous Dissipation". ¡ni. J. Heaiand Ma-xs Tranxfcr. 27. 639-645 (1984).
Gómez. A. & Rosner. D.E.: "Tliermophore-tic Effect.s on Partióles in Coumerflow
Laminar Diffusion Flames", Comb. Sd.
Tedi. 89. 335-362 (1993).
Koylu, U.O.; McEnally, C. S.; Rosner. D.E. &Pfeffcrle. L.D.: "Simulianeous Measure-
ments of Sool Volunte Fraclion and Panicle
Size/Microstnioiure in Ranies Using aTliennophüreiio Sampling Technique",Cornhusiion tC Fíame, 110,494-507 (1997).
Liang. B. & Rosner. D.E.: "Laboraiory Siudies of Binary Salt CVD in CombustiónGa.s Environntcnis" AfCI¡E J. 33 (12)1937-1948 (1987): véase también; Chem.
Eng. Commun. 42, 171-196 (1986).Mackowski. D. W.; "Phoretio Behavior of
Asymmetrio Partióles in Thermal Non-equilibrium With the Gas: Two-SphereAggregates", J. Colloid and Inierface50^14^0 (1). 138-157 0990).
McEnally, C.S.; Koylu. U.O.; Pfeñerle, L.D. and Rosner. D.E.; "Sool Volume Frac
lion and Temperaliirc Measurements InLaminar Noit-Prc-mixed Rames UsingThermocouples", Combusiion & Fíame.109, 701-720 (1997).
Park, H.M. & Ro.sner. D.E.: "Combined Iner-
tial and Thennophorelic Effecis on Partida Deposition Rales In Highiy LoadedDusty Gas Systcms". Chemicai Enginee-ring Sdcnce 44 (10) 2233-2244 (1989).
Rosner. D.E.: Transpon Processes in Che-micatty ¡ieacting Fiow Sysiems, DoverPublicaiions, NY (2000).
Rosner, D.E.: "Combusiion Synthesis andMaterials Processing". Chemicai Enginee-ring Ediic (ASEE). 31. 228-235. Fall(1997).
Rosner, D.E. & Papadopoulos, D.: "Jump.Slip íutd Citíep Boundary Conditions aiNon-equilibrium Gas/Solid Interfaces".IndiisiriailEngineering Chemistry-Rese-arch (ACS), 35 (9) 3210-3222 (1996).
Rosner, D.E.; Tandon, P. & Konstandopoulos,A.G.: "Local Sizc Distributions of Parti-
cles Depositcd by Incniai Impaclion on aCylindrical Target in Dusi-Laden Stre-ams",y. AeimoISd. 26 (8) 1257 (1995).
Rosner, D.E.; Mackowski. D.W.; Tassopoulos,M.; Castillo. J.L. & García-Ybarra. P.L.:
"Effecis of Heat Transfer on the Dynaniicsand Transpon of Small Parlicles Suspended in Gases". IndustriailEngineeringResecirch (ACS) 31. 760-769 (1992).
Rosner, D.E.; Mackowski. D.W. & García-
Ybarra. P.L.: "Sizc- and Structure Insen-
sitivity of the Thennophoretic Transponof "Aggrcgated" Soot Parlicles inGa,ses". Combustión Sdence and Tcch-
nology 80 (1-3) 87-101 (1991).
VIDA CIENTÍFICA
Rosner. D.E.: "Side-wail Gas "Creep" and"Thermal Stress Convection" in Micro-graviiy Experimcnts on Film Growthby Vapor Transpon", Phys. Fhiids A •Fluid Meclwiiics 1 (11). 176I-I763(1989).
Rosner, D.E. & Park, H.M.: "Thennophore-tically Augmented Mass. Momentum-and Energy Transfer Rates in High Partí-ele Mass-Loaded Laminar Forced Con
vection Systems". Chemical Eiiginec-ríng Sd. 43, (10) 2689-2704 (1988).
Rosner. D.E. & Kim. S.S.: "'Optica! E.xperi-menis on Therniophorelically Augmented Submicron Partióle Deposition from"Dusty" High Temperature Gas Flows",Chemical Eiigineering J (Elsevier) 29(3) 147-157(1984).
Rosner. D.E. & Allendorf, H.D.: "HighTemperature Kinclics of ihe Oxidationand Nitridalion of Pyrolyiic Silicon Car-bide in Dissociated Gases". J. Phys.Chem. 74. 1829-1839 (1970a).
Rosner. D.E. & Allendorf. H..D.; "Nitrogenas an Ablative Reactani in Dl.ssocialed
Air Kinetics of the .\ttack of Silicon Car-
bide by Atomic Nitrogen/Atomic Oxy-gen Mixtures Abovc 18ÜÜK". A/AA 8,166-168 (1970b).
Stark. W.J.: Tesis Doctoral. PhD Dissenation
on Fíame Syuihesi.'i of Pigmeiu andCauilysi Particles. ETH-Zurich, Switzer-land. Inst. Process Engineering (2002).
Tandon & Rosner, D.E.: "Tran.slaiional
Brownian Diffusion Coefflcieni of Large(Miilii-panicle) Suspended Aggregates".
IndustriallEngineering Chemistry (ACS)34(10) 3625-3277(1995).
Wigner, E.: "On the Unreasonable Eflécti-veness of Mathematics in the Natural
Sciences". Ch.l7 in Symmetry andRefleciion.y-Scienrific E.s.says, IndianaUniv. Press 1967).
Xing. Y.: Koylu. U.O. & Rosner. D.E.;"Synthesis and Restiaicturing of Inorga-nic Nano-panicles in Counierflow Diffusion Flames", Combiwion and Fíame
107, 85-102 (1996); Seo. aLso: AlChEJ.43 (HA) 2641-2649 (1997) y AIChE.I.48(3)476-491 (2002).
Daniel E. Rosner
Dpto. de Ingeniería QuímicaUniversidad de Yale
El número de oro
A través de los tiempos los pueblos han aspirado arodearse de cosas bellas. Pero ¿qué es la belleza? Losgriegos fundaron la Estética como un medio de analizarla belleza, y suponían que en la base de ésta estaba laArmonía. Según los griegos Belleza y Verdad estabanestrechamente relacionadas y el artista busca la Verdadmediante la Belleza y el científico busca la Bellezamediante la Verdad.
Si encontrásemos un método para medir y comparar labelleza de una escultura, un nocturno, un templo, o unprogreso de la ciencia, seríamos capaces de cuantificarqué es más bello y qué lo es menos. La búsqueda de estapiedra filosofal ha llevado a muchos creadores a seguirunas reglas y en otros casos a romperlas. Los siglos XIXy XX han sido muchas veces testigos de cánones nuevosy no obstante sigue habiendo una belleza soterrada quees difícil de encasillar en fórmulas y un concepto dearmonía al que no podemos sustraemos cuando oímosuna fuga de Bach, admiramos la Mona Lisa de Leonardo o vemos un templo griego.En Ciencia se ha asociado la Belleza con la Simplici
dad, que quizás sea la fomia suprema de la Annonía, formulaciones como las leyes de Newíon, de Kepler, o laconocida
E = m Í-'
han sido celebradas por explicar de una forma .sencillahechos inicialmenle complicados pero que, gracias ainteligencias preclaras, se simplificaron y se hicierontransparentes. Los bellos estudios de Newton sobre la
composición de la luz, la explicación de Einslein sobreel extraño movimiento browniano o el fenómeno fotoe
léctrico, las leyes de Maxwell o el Teorema de Gódel
sobre la incompletitud de la Lógica, sobrecogen a ioscientíficos y admiran a los profanos que leen libros de
divulgación científica como "La nueva mente del emperador" o "La historia del tiempo".
El arquitecto Leone Batista Alberti dice a propósito dela belleza: "'Hay algo más grande, compuesto de una combinación y una cone.xión de tres cosas (número, limitación
y orden), algo que saca a la luz la cara de la belleza. Y lo
¡lamamos Armonía, y que es, sin duda, lafuente del encanto y de la belleza. Hay una intención y búsqueda de laArmonía cuando se ordenan partes diferentes en su naturaleza mediante una razón peifecta que conjuntamentecrean Belleza... Ella acompaña la vida humana y penetraa través de la naturaleza de las cosas. También todo lo quela Naturaleza hace está medido por las leyes de la Armonía... sin é.sta se desintegra la unidad de las partes".
Hay figuras geométricas de extraordinaria bellezacomo el círculo, el cuadrado, el triángulo isósceles, lasesferas, las pirámides, el cono, y muchas otras que entranpor los sentidos, sabiendo que estamos contemplandofiguras que tienen una belleza y que posiblemente nopodamos explicar. Un conocimiento de las MatemáticasElementales nos dice que detrás de ellas se esconden números como 71, V2.Los pitagóricos decúui "Los números deteiminan todo",
conclusión a la que habían llegado mediante un estudio dela filosofía, la ciencia y la teodicea. A lo largo de la historia ha habido una proporción denominada Razón Divina,Razón Áurea, Número Áureo, y que se encuentra enmuchas manifestaciones del arte.
Johannes Kepler dijo: "La Geometría tiene dos tesoros: El Teorema de Pitágoras y la Razón Áurea. El primero puede ser comparado con una medida de oro, elsegundo con un diamante".
CONSTRUCCIÓN DE LA SECCIÓN ÁUREA: (}> Y O
Si tenemos un segmento/IC, buscamos un punto 5 delsegmento tal que