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Nano científico

Una entrevista con el Dr. Lane Baker, profesor asociado de la Universidad de Indiana

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Dr. Lane Baker,
profesor asociado de la Universidad de Indiana

 

El grupo de investigación del Dr. Baker en la Universidad de Indiana consiste en analíticos y químicos de materiales, ampliamente interesado en electroquímica, química bioanalítica, nuevos métodos de espectrometría de masas, materiales para el desarrollo de instrumentación y fabricación de electrodos. Él tiene un gran grupo de compañeros de trabajo estudiantes - ahora alrededor de 10 - de todo el mundo. En la Universidad de Indiana, la división analítica proporciona a los estudiantes una formación muy rigurosa en la ciencia de la medición.

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¿Por qué es importante su trabajo y cómo se aplica en la sociedad actual?

Creo que lo que hacemos es importante para la sociedad en principalmente dos frentes. En primer lugar, nosotros desarrollamos nuevos instrumentos y materiales que nos ayuden a entender el movimiento de iones en sistemas complejos. Esto incluye muestras biológicas, como las células y los tejidos y muestras sintéticas, como las membranas y polímeros. Los iones son esencialmente moneda de energía en ambos de estos tipos de sistemas (vivos y sintéticos), y la medición, control y manipulación de los iones en escalas muy pequeñas nos ayuda a entender mejor cómo funcionan las cosas. La segunda parte posiblemente más importante de lo que hacemos es formar la próxima generación de científicos. Nos esforzamos para el desarrollo de los estudiantes que quieren ser "pensadores y manitas". Lo que significa que tienen que entender los fundamentos de lo que están haciendo (sea un pensador) y tienen que tener las habilidades para construir nuevas herramientas reconfigurando y reutilizando la tecnología existente (siendo un manitas). Estas son las dos características más importantes que podemos desarrollar, y me gustaría pensar que mis compañeros de trabajo estudiantes quedan bien entrenados en estas áreas.

 

¿Cómo colabora con otras investigaciones de los equipos involucrados en la nanotecnología de investigación y están por todo el mundo a través de una amplia gama de disciplinas?

Trabajamos con físicos, biólogos celulares, otros científicos químicos y materiales. Esa es una de las grandes cosas sobre la nanotecnología, usted puede aplicarlo a casi cualquier lugar a cualquier campo. Muchas de nuestras colaboraciones consisten en que mi laboratorio desarrolle una nueva herramienta o método y luego trabaje con su colega con una muestra realmente interesante.

¿Cómo el estudio de los transportes electroquímicos ayudan con la vida de la batería y la degradación química?

En cuanto al transporte electroquímico hemos estudiado, en este caso a través de un Nafion® membrana que es uno de los pasos clave en el equilibrio de carga entre dos mitades de un número significativamente importante de tecnologías de energía de la próxima generación (por ejemplo, células de combustible). Cuando la membrana pierde la capacidad para transportar selectivamente protones (H+), se puede comprometer el funcionamiento general. Con las sondas Park XE-Bio y SICM SECM que hemos desarrollado, hemos podido observar la heterogeneidad en la degradación de la membrana. Esto podría ser una herramienta útil para ayudar a desarrollar membranas de próxima generación que han mejorado la durabilidad química.

 

¿Por qué es importante entender cómo el litio afecta a la carga superficial?

El litio es el jugador clave en las baterías de ion de litio, que pueden encontrarse en todas partes. Pero los iones de litio, especialmente en disolventes no acuosos, que se utilizan comúnmente en aplicaciones de la energía, pueden comportarse de maneras inesperadas. Con nuestros colaboradores en la Universidad de California-Irvine (Zuzanna Siwy y estudiantes) y laboratorio nacional de Oak Ridge (Ivan Vlassiouk) fuimos capaces de hacer mediciones muy netas que mostraron como los iones de litio adsorben las películas del policarbonato y forma una superficie con una carga positiva neta. Esto podría ser muy importante para la nanoestructuración de materiales de la batería, donde el aumento de la superficie hará que la carga de superficie sea una consideración importante.

 

¿Por qué desarrolló un nuevo SICM usando un atomizador electro y ¿cómo se desempeña vs el método tradicional?

Hemos desarrollado un sistema de imagen de electrospray (la llamamos microscopía de escaneo de Electrospray o SESM) para abrir nuevas rutas para modelación superficial y posiblemente nuevas rutas para desorción-superficie en técnicas de espectrometría de masa. El SESM también nos da la oportunidad de entender el proceso de electrospray en escalas muy pequeñas, lo que es difícil de hacer.

 

¿Cómo ayuda el SICM a medir iones y cómo es diferente de cómo se hacía en el pasado?

La gran diferencia que el SICM hace es la capacidad de sondear escalas pequeñas, para realizar mediciones locales de transporte iónico. El SICM es grandioso porque usted puede tomar imágenes de alta resolución en soluciones operacionalmente relevantes (biológicas o electroquímicas), y – más importante aún, hay un montón de procesos químicos que se puede medir con versiones SICM o híbridas SICM (como SECM-SICM). En los últimos diez años la comunidad SICM realmente ha añadido muchas emocionantes capacidades de medición al SICM

 

¿Cómo usa Parque SICM para su investigación y cuáles son los beneficios claves de Park SICM?

Utilizamos el Park para varios proyectos en mi grupo de investigación, especialmente para nuestra investigación relacionada con energía para el desarrollo de la microscopía por electrospray (SESM). El Park XE-Bio es muy fácil de usar, por lo que la mayoría de los estudiantes comienzan entrenando con este. El Park también tiene un buen diseño físico y la electrónica nos da buena señal a ruido. La capacidad de cambiar la cabeza del SICM con la cabeza del AFM también ha demostrado ser muy útil en varios experimentos donde el AFM nos da buenos datos complementarios.

 

¿Cómo podríamos utilizar bioanálisis basada en AFM para el estudio de la enfermedad?

El AFM es ideal para la medición de un número de propiedades celulares, especialmente como la rigidez de la célula, que puede ser muy útil para la comprensión de la fisiología de la enfermedad. Una de las más interesantes aplicaciones del AFM son mapeo pull-off basado en cartografía para receptores de superficie celular, esto representa una aplicación realmente apasionante, única de AFM en ayudarnos a entender la biología.

 

¿Puede describir avances que podríamos ver en la investigación de ADN usando SICM en el futuro?

El SICM ha sido utilizado recientemente como una herramienta para muestra de ADN de regiones subcelulares de las células, el ADN entonces fue utilizado para explorar la genómica de la célula. Espero que en el futuro esto será especialmente poderoso.

 

Usted trabajó con Lloyd Whitman que es ahora el Director Asst de nanotecnología en política de la casa blanca para su oficina de ciencia y tecnología y ha hecho un gran trabajo en bio sensores. ¿Puede decirnos acerca de algunos de los proyectos en los que trabajaron y su significado?

Fui un asociado postdoctoral de NRC en el laboratorio de investigación Naval en Washington DC, y Lloyd fue mi mentor. En el laboratorio de Lloyd llegué a trabajar con muchos científicos personal muy inteligente (Arnaldo Laracuente, Tom Clark, Paul Sheehan) y otros posdoctorados en biosensores y química/física interfacial. Con Lloyd conseguí un buen entrenamiento en microscopia de sonda digitalizada, específicamente análisis de microscopía de efecto túnel (STM). Pude hacer un buen uso del entrenamiento cuando empecé mi propio grupo de investigación haciendo SICM.