Con alta intensidad y gran popularidad

Nilson Dias Vieira Junior se refiere al papel del Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares en el desarrollo y la popularización del uso de láseres para las más variadas áreas en Brasil

Por Heitor Shimizu, desde Lincoln (EE.UU.)  |  Agência FAPESP – El uso de láseres en los más diversos procedimientos de las áreas de la medicina y la odontología constituye hoy en día una actividad común. Pero en el Brasil de la década de 1980, si alguien dijera que le habían hecho aplicaciones de láser en el rostro o en la boca –y estaba contento con el resultado– lo mirarían con desconfianza. 

El Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (IPEN, por sus siglas en portugués) tiene un rol fundamental en el desarrollo de láseres y en la popularización del uso en Brasil en las más variadas áreas de esos pulsos de amplificación de luz mediante emisión estimulada de radiación.

A comienzos de la década de 1980, investigadores del IPEN dominaron la técnica de crecimiento del cristal YLiF4 (fluoruro de itrio y litio) con el agregado del ion de tierra rara neodimio. Este agregado, conocido como dopaje, hace que el cristal adquiera las propiedades de semiconducción del otro elemento. 

“El YLiF4 es birrefringente, es decir, tiene índices de refracción distintos para diferentes direcciones de propagación de la luz. Este cristal dio origen a los primeros láseres de estado sólido producidos en Brasil, que se elaboraron con componentes nacionales o adaptados a nuestras necesidades”, dijo Nilson Dias Vieira Junior, investigador del IPEN y uno de los disertantes durante la FAPESP Week Nebraska-Texas, que reunió a investigadores de Estados Unidos y Brasil entre los días 18 y 22 de septiembre en las ciudades de Lincoln (Nebraska) y Lubbock (Texas). Dias Vieira Junior se refirió en el evento a las aplicaciones de láseres de alta intensidad. 

El investigador ingresó en el IPEN en 1979. “Me invitó [el físico] Spero Morato para trabajar en el desarrollo del primer láser de estado sólido en Brasil. Dos años después logramos hacerlo funcionar, y así pusimos en marcha el Grupo de Desarrollo de Láseres, una área de procesos especiales del instituto”, declaró a Agência FAPESP. 

Dias Vieira Junior comenta que después de los primeros láseres pulsados y continuos, el IPEN produjo cristales dopados con otro elemento químico: el holmio. Esos cristales permitieron generar láseres con emisiones en una longitud de onda de pocos micrones, más adecuados a aplicaciones médicas y odontológicas. Y empezaron a hacerse aplicaciones en el campo del procesamiento de materiales. 

“Desarrollamos láseres pulsados y láseres continuos, cubrimos toda la tecnología de desarrollo de láseres y logramos la nacionalización vertical de todo el proceso”, dijo Dias Vieira Junior. 

Y con los láseres disponibles, empezaron a surgir aplicaciones. “Ayudamos en el desarrollo de un implante coclear mediante el uso de láser para la obtención de componentes de alrededor de 300 micrones de diámetro. Hicimos una soldadura para un prototipo de cohete de la Agencia Espacial Brasileña. En 1992, pusimos en marcha el desarrollo de un láser de holmio, con una energía extremadamente elevada, que se utilizó en la remoción de materiales en dientes”, añadió el investigador.  

“Además del desarrollo de los láseres, es necesario destacar la formación de personal. Desde el comienzo, nos percatamos de la importancia de trabajar con profesionales de las más diversas áreas, y entendimos que también podíamos aportar con capacitación. Pasamos a ofrecer diversas acciones destinadas a la difusión de las aplicaciones de láseres en Brasil”, dijo Dias Vieira Junior, quien fue superintendente del IPEN desde 2008 hasta 2012, y miembro del Consejo Superior de la FAPESP entre los años 2000 y 2006. 

El Grupo de Desarrollo de Láseres dio origen al actual Centro de Láseres y Aplicaciones (CLA) del IPEN, a través del cual se creó el primer programa de Maestría Profesional en Láseres Odontológicos de Brasil, implementado junto con la Facultad de Odontología de la Universidad de São Paulo. 

“Trabajamos juntos desde el comienzo, el IPEN y Odontología de la USP. Se han recibido más de 160 magísteres, con resultados tales como el desarrollo de diversos métodos terapéuticos actualmente en uso clínico”, dijo Dias Vieira Junior. 

Entre dichos métodos despuntan la prevención de la caries dentaria mediante el uso de láser, la reducción microbiana en endodoncia y periodoncia con láseres de baja intensidad, la flujometría láser Doppler y la mitigación de los efectos indeseables de la radioterapia y de la quimioterapia, como en los casos de mucositis oral. 

En la actualidad, el CLA trabaja en el desarrollo de técnicas terapéuticas que comprenden el uso de nanomateriales. En esta línea de investigación se estudian los efectos de las nanopartículas de plata y de los puntos cuánticos en tratamientos y diagnósticos ópticos.

Dias Vieira Junior se entusiasma con la popularización de los láseres en aplicaciones médicas y odontológicas, pero advierte acerca de los cuidados que deben tenerse con su uso. “El láser es un instrumento destinado a aplicaciones, y actualmente se encuentra ampliamente disponible. Su nicho de aplicaciones es enorme, pero es necesario entender los procesos implicados en su uso”, dijo.

“Nuestro aporte en el IPEN siempre fue muy fuerte en cuanto a la divulgación del conocimiento referente al uso de láseres en forma correcta. Creamos protocolos de seguridad destinados a los pacientes y a quienes operan los aparatos. Es necesario saber cuál es la dosis y el lugar donde se lo aplicará, y que tipo de láser puede utilizarse. Que sea popular no quiere decir que se lo puede usar para cualquier cosa. El láser es un instrumento capaz de curar, pero también puede perjudicar si se lo emplea en forma equivocada. El puntero láser de luz verde puede llegar a dejar ciega a una persona”, dijo Dias Vieira Junior. 

Materiales e intensidad

En lo que hace al procesamiento de materiales, el IPEN desarrolla aplicaciones que contemplan las demandas de empresas públicas y privadas, en funciones tales como corte, perforado o soldadura, entre muchas otras. Las soldaduras de materiales disímiles para la industria aeroespacial y para el área médica constituyen ejemplos de éxito. “El instituto dispone también de una unidad de procesamiento con láseres de duración de femtosegundos para producir microestructuras”, dijo Dias Vieira Junior. 

El CLA desarrolla también capacidad científica y tecnológica en láseres para aplicaciones en monitoreo ambiental y en el área nuclear, al formar recursos humanos y generar productos y servicios. El incremento de la demanda de láseres y la maduración de la tecnología llevó a la creación de Lasertools, una empresa derivada (spin-off) del IPEN. 

El desarrollo de láseres en el IPEN contó con el apoyo de la FAPESP desde el comienzo. La Fundación ha otorgado hasta el momento más de 1.300 ayudas y becas a investigadores del instituto. Actualmente, científicos del IPEN llevan adelante 18 proyectos que cuentan con el apoyo de la FAPESP a través de Ayudas a la Investigación. 

Investigadores del IPEN han publicado también en revistas de alto impacto. En 2015, por ejemplo, Dias Vieira Junior y sus colegas publicaron un artículo en Scientific Reports, perteneciente al grupo Springer Nature, en el cual describen la síntesis del diamante partiendo del grafito por compresión dinámica con láser ultrarrápido. Ese trabajo se realizó en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS) y del Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano), en el Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM), con sede en la ciudad de Campinas, en el estado de São Paulo.

Merced al desarrollo en el IPEN de láseres de alta densidad –entre los cuales se encuentra el más intenso del hemisferio Sur, con 0,5 TW de potencia–, los investigadores fueron capaces de producir altísimas condiciones termodinámicas de presión y temperatura en laboratorio, necesarias para la transformación del carbono en diamante, tal como se lo describe en el referido artículo. 

“Uno de los próximos pasos consiste en acelerar partículas cargadas con el láser para energías elevadas, energías comparables con el reposo del electrón, que son energías relativistas. El objetivo final es acelerar protones para su uso en medicina nuclear. Debemos caracterizar, optimizar y entender los fenómenos básicos en sintonía con los grandes centros de desarrollo de láseres existentes en el mundo”, dijo Dias Vieira Junior. 

Más información sobre la FAPESP Week en el siguiente enlace: www.fapesp.br/week2017/nebraska-texas.