En la naturaleza existe materia que está fuera de equilibrio, para la cual las herramientas de la termodinámica y la mecánica estadística tienen poca utilidad. Y aunque en los últimos 20 años ha habido grandes avances en el estudio de estos sistemas fuera de equilibrio, no existe aún una teoría que permita comprender ni predecir todos sus procesos, por lo que se han convertido en el nuevo foco de interés de la física. El gran paradigma de estos sistemas fuera del equilibrio es la Materia Activa.
El Núcleo Milenio Física de la Materia Activa es un centro de investigación de excelencia multidisciplinario, integrado por físicos y biólogos, que tiene como objetivo final desarrollar una teoría física para la materia activa: un área que promete revolucionar campos como la medicina o la electrónica.
La materia activa son todos aquellos sistemas biológicos o artificiales, compuestos por muchos elementos, cada uno capaz de inyectar energía para generar movimiento. Enjambres de insectos bandadas de aves, cardúmenes de peces son materia activa, como también bacterias, células migratorias, tejidos y coloides catalíticos, que son los modelos con los que trabaja este Núcleo instalado en el DFI de la FCFM de la Universidad de Chile en Beauchef.
Equipo Núcleo: Maria Luisa Cordero, Nestor Sepúlveda, Juan Keymer, Felipe Barra, Miguel Concha y Rodrigo Soto.
En sus tres años de vida, los científicos del Núcleo Milenio han avanzado no sólo en la configuración de esta nueva teoría y creado modelos y simulaciones en diversas áreas que incluyen nadadores artificiales a tejidos biológicos, sino que han trabajado en experimentación con suspensiones bacterianas en lab-on-chip, creados por una de las investigadoras del centro (María Luisa Cordero).
A la fecha han diseñado tres microrobots con distintos movimientos y una “fábrica” para crearlos en masa, liderando el trabajo de esta área en Chile. Los microrobots son dispositivos más pequeños que un grano de sal que podrían ser usados a futuro para trasladar medicamentos a órganos específicos.
También han creado micromotores biológicos, confinando bacterias en gotas de agua, estudiando sus movimientos colectivos, para lograr -luego- de dirigirlos y controlarlos externamente, lo que abre posibilidades en biotecnología y medicina teledirigida o electrónica, ya que los nuevos dispositivos tecnológicos integran elementos biológicos y artificiales.
Además, se han publicado 36 papers y se ha formado capital humano avanzado en esta área, que incluye estudiantes de magister, doctorado y posdoctorado.
En esta renovación del Núcleo, por tres años, además de seguir avanzando en las líneas de investigación ya descritas, se suman nuevas áreas de trabajo, nuevos investigadores principales y nuevas universidades.
Entre las nuevas áreas destaca Ecología en un chip, línea de investigación liderada por Juan Keymer de la U. de Aysén, que busca estudiar el comportamiento de colectivos grandes de bacterias en sistemas (chip o mini laboratorios) que reproduzcan su nicho ecológico natural y ver cómo compiten por él en espacio y tiempo.
En lo teórico, se buscará poner a prueba y establecer datos certeros de eficiencia sobre los modelos creados, por ejemplo, cuán eficientes son los motores biológicos que se han creado con gotas y bacterias confinadas. O con los microrobots.
Por otro lado, se buscará avanzar en nuevos experimentos y simulaciones que tienen directa relación con áreas productivas, como la agricultura y la minería, a través de dos investigaciones sobre bacterias orientadas a conocer y predecir sus movimientos y propiedades de modo de mejorar la productividad de leguminosas por un lado y los mecanismos de flotación de minerales, por otra.
El equipo de investigadores principales son el suscrito, Rodrigo Soto (director), doctor en física, académico e investigador del DFI-FCFM; María Luisa Cordero (subdirectora), doctora en mecánica de fluidos y académica e investigadora del DFI- FCFM; Felipe Barra, doctor en física y académico e investigador del DFI- FCFM; Juan Keymer, doctor en Ciencias y académico e investigador de la U. de Aysén; Néstor Sepúlveda, doctor en física e investigador en el Núcleo Milenio Física de la Materia Activa; y Francisca Guzmán, doctora en dinámica de fluidos, académica e investigadora de la U. Mayor y el Centro DaiTa Lab de esta casa de estudios.
Como investigador adjunto está Miguel Concha, doctor en Ciencias y académico e investigador de la Facultad de Medicina de la U. de Chile, del Instituto Milenio de Neurociencias Médicas y parte del equipo original.
En esta nueva etapa del Núcleo se suman las universidades Mayor y Aysén y se da continuidad a la formación de capital humano que tiene ya dos nuevos estudiantes de magister y se mantienen y amplían las colaboraciones con científicos en Argentina, Brasil, Francia, Hungría, China, Luxemburgo, Alemania, Estados Unidos, entre otros.
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