EVALUACIÓN DE FITOREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON PLOMO POR ACTIVIDAD INDUSTRIAL UTILIZANDO RYE GRASS EN DIVERSOS MEDIOS DE CULTIVO.

El desarrollo de actividades industriales, contribuye cada vez más a la generación de residuos con elementos potencialmente tóxicos que en concentraciones altas (fijadas por ley nacional 24051) pueden tener efectos nocivos a la salud de la población y afectaciones al equilibrio ecológico y el ambiente. Hoy existen estudios tendientes a resolver la contaminación originada por metales pesados en suelos, mediante estrategias basadas en el uso de plantas que tienen la propiedad de acumular metales pesados; proceso denominado “fitoremediación” que consiste en la remoción, transferencia, estabilización y/o degradación y neutralización de compuestos orgánicos, inorgánicos y radioactivos que resultan tóxicos en suelos y agua. Esta novedosa tecnología tiene como objetivo degradar y/o asimilar, los metales pesados, presentes en el suelo, lo cual tiene muchas ventajas con respecto a los métodos convencionales de tratamientos de lugares contaminados; en 1º lugar es una tecnología económica, de bajo costo, en 2º lugar posee un impacto regenerativo en lugares en donde se aplica y en 3º lugar su capacidad extractiva se mantiene debido al crecimiento vegetal (Harvey et al., 2002). La fitoremediación no es un remedio para todos los suelos contaminados y antes que esta tecnología pueda volverse técnicamente eficiente y económicamente viable, hay algunas limitaciones que necesitan ser superadas como por ejemplo la falta de pruebas a escala industrial (Freitas et al., 2004). Para la realización del trabajo se utilizarán las instalaciones de la empresa FACSA S.A ubicada en Avda. De las Quintas y De los Hornos de barrio villa Esquiú de Córdoba, empresa operadora de residuos de plomo autorizada por la Secretaría de Ambiente de la Provincia de Córdoba. Se utilizarán dos hectáreas de terreno de la empresa en la que se acumulará un máximo 1 metro cúbico por cada metro cuadrado de superficie. Previamente al deposito de suelo contaminado, el terreno será impermeabilizado con suelo cemento y cal para evitar lixiviaciones de plomo y luego se cercará para evitar ingreso de personal no autorizado. En las hectáreas preparadas se aplicarán capas sucesivas de suelo contaminado con suelo natural en la mitad del terreno y en la otra mitad capaz sucesivas de suelo contaminado y suelo fertilizado con lombricompuesto, ambos sectores serán sembrados con pasto Rye Grass. Durante el proceso se medirá la concentración de Pb por FRX cada tres meses, en tres profundidades para cada preparados de campo. Las muestras serán compuestas y se corresponderán a un mínimo de 5 puntos para cada profundidad. Lo mismo se realizará para medir la concentración de Pb en el pasto. Las cosechas o cortes de pasto serán trimestrales y el pasto cortado se recogerá, secará e incinerará en el propio horno de FACSA S.A. Se evaluarán las siguientes variables. Salinidad: Se realizará antes y al final del año, tomando muestras compuestas de 100g de suelo c/u a las cuales se le agregarán 100 ml de agua destilada, se deja reposar y luego se toma la lectura con la ayuda de un conductímetro calibrado. Acumulación de Pb en tejido vegetal: Se considerará como variable principal la acumulación de Pb en tejido vegetal, ya que integra tanto el grado de absorción del metal por las plantas, así como el efecto negativo que las concentraciones excesivas del metal sobre la producción de materia seca. Para el estudio de esta variable, se captarán y prepararán muestras trimestrales. Secado y protocolo para el análisis de Pb por FRX. Pb en Suelo:Esta variable se examinará trimestralmente, mediante mezcla compuesta de cada sector tomada como mínimo en cinco puntos. Se tomarán muestras a tres profundidades distintas. Ph en Suelo:Se tomarán partes de las muestras para análsis de ph. El experimento culminará a los dos años con análisis de las 9 tandas de mediciones (La 1º corresponde a la determinación de la línea de base). Se realizará la prospección para determinar el momento de perfecta recuperación del suelo.

Biorremediación de cromo y fenol mediante la aplicación de microorganismos nativos de la Provincia de Córdoba Bioremediation of chromium and phenol by the application of native microorganisms from Córdoba Province

La contaminación ambiental por metales pesados como el cromo y por compuestos orgánicos como los fenoles es un grave problema a nivel mundial debido a su toxicidad y a sus efectos adversos sobre los seres humanos, la flora y la fauna, tanto por su acumulación en la cadena alimentaria como por su continua persistencia en el medio ambiente. En un estudio preliminar, efectuado por nuestro laboratorio, se han detectado elevados niveles de estos contaminantes en sedimentos y efluentes en zonas industriales del sur de la provincia de Córdoba, lo cual plantea la necesidad de removerlos. Entre las tecnologías disponibles, la biorremediación, que se basa en el uso de sistemas biológicos, como los microorganismos, para la detoxificación y la degradación de contaminantes, se presenta como una alternativa probablemente más efectiva y de menor costo que las técnicas convencionales. Sin embargo, la aplicación de esta tecnología depende en gran parte de la influencia de las características particulares y específicas de la zona a remediar. En consecuencia, en primer lugar se caracterizará la zona de muestreo y se aislarán e identificarán microorganismos nativos de la región, tolerantes a cromo y fenol, a partir de muestras de suelo, agua y sedimentos, ya que podrían constituir una adecuada herramienta biotecnológica, mejor adaptada al sitio a tratar. Posteriormente se estudiará la biorremediación de Cr y fenol utilizando dichos microorganismos, analizando su capacidad para biotransformar, bioacumular o bioadsorber a estos contaminantes, y se determinarán las condiciones óptimas para el tratamiento. Se analizarán los posibles mecanismos fisiológicos, bioquímicos y moleculares involucrados en la remediación, que constituye una etapa crucial para el diseño de una estrategia adecuada y eficiente. Finalmente, se aplicará esta tecnología a escala reactor, como una primera aproximación al tratamiento a mayor escala. De esta manera se espera reducir los niveles de estos contaminantes y así minimizar el impacto ambiental que ellos producen en suelos y acuíferos. A futuro, la utilización de los microorganismos seleccionados, de manera individual o formando consorcios, para el tratamiento de efluentes industriales previa liberación al medio ambiente, o su uso en bioaumento, constituirían posibles alternativas de aplicación. Los principales impactos científico-tecnológicos del proyecto serán: (a) la generación de una nueva tecnología biológica de decontaminación de cromo y fenol, intentando presentar soluciones frente a una problemática ambiental que afecta a nuestra región, pero que además es común a la mayoría de los países, (b) la formación de nuevos recursos humanos en el área y (c) el trabajo en colaboración con otros grupos de investigación que se destacan en el área de biotecnología ambiental. Environmental pollution produced by heavy metals, such as chromium and organic compounds like phenolics is a serious global problem due to their toxicity, their adverse effects on human life, plants and animals, their accumulation in the food chains and also by their persistance in the environment. In a previous study performed in our laboratory, high levels of these pollutants were detected in sediments and effluents from industrial zones of the south of Cordoba Province, which determine the need to remove them. Among various technologies, bioremediation which is based on the use of biological systems, such as microorganisms, to detoxify and to degrade contaminants, is probably the most effective alternative, and it is less expensive than other conventional technologies. However, the application of this technology depends on the influence of the particular and specific characteristics of the zone to be remediate. As a consecuence, at the first time, the zone of sampling will be characterized and then, native microorganisms, tolerant to chromium and phenol, will be isolated from soils, water and sediments and identificated. These microorganisms would be an adequate biotechnological tool, more adapted to the conditions of the site to be remediate than other ones. Then, the ability of these selected microorganisms to biotransform, bioaccumulate or biosorbe chromium and phenol will be studied and the optimal conditions for the treatment will be determined. The possible physiological, biochemical and molecular mechanisms involved in bioremediation will be also analized, because this is a crucial step in the design of an adequate and efficient remediation strategy. Finally, this technology will be applied in a reactor, as an approximation to the treatment at a major scale. A reduction in the levels of these pollutants will be expected, to minimize their environmental impact on soils and aquifers.

Disolución, deposición y pasivación de metales: Transferencia de materia

El presente proyecto es continuación del que se viene desarrollando desde hace más de cinco años en el laboratorio. En él se intentan establecer los mecanismos que gobiernan el comportamiento de diversos metales y sus óxidos, su estabilidad y sus propiedades en diversos medios iónicos. Se investigarán los procesos de disolución y pasivación de metales "válvula" (W, Bi, etc.) y metales "batería" (Ag, Cu y Mn) por formación de óxidos y/o sales en soluciones acuosas. Se analizará también la influencia de aditivos orgánicos en procesos de electrodeposición metálica y corrosión. Por otra parte, se continuará el estudio del sistema "disco-menisco" rotante, iniciado más recientemente. Objetivos generales y específicos: Se intenta establecer los mecanismos que gobiernan el comportamiento electroquímico de diversos metales y sus óxidos, su estabilidad y propiedades en diversos medios iónicos, investigándose los procesos de disolución, deposición y pasivación en soluciones acuosas de distinta composición, como así también la cinética de la formación y crecimiento de películas de óxidos y/o sales y sus propiedades conductoras. El conocimiento de estas características, permitirá determinar la posibilidad de aplicación como materiales resistentes a la corrosión, en procesos de electrosíntesis, como materiales activos en baterías secundarias, etc. Por otra parte, se estudiarán distintas reacciones de transferencia de carga empleando el sistema de "disco-menisco rotante" con el objeto de determinar si esta técnica, que ofrece ventajas por su geometría particular, permite la determinación de los parámetros cinéticos

Electroquímica de metales de transición; óxidos: propiedades, reacciones de transferencia de carga; electrodeposición, aspectos tecnológicos

Se estudiarán los procesos relacionados con la formación y crecimiento de películas de óxidos de metales válvula simples y modificados con materiales nobles. Por otra parte se investigará la cinética de reacciones de transferencia de carga electrónica de cuplas rédox en solución sobre óxidos de metales válvula simples, modificados y óxidos complejos del tipo perovskita. Se intentará estudiar además el comportamiento electroquímico de mezclas binarias de óxidos e hidróxidos de metales de transición con el objetivo de obtener buenos electrocatalizadores de las reacciones de electrogeneración y electrorreducción de oxígeno de interés en bacterias secundarias, celdas de combustión y electrólisis de agua. También se estudiarán los procesos de deposición metálica de cobre, plata, cromo y níquel con el objetivo de adquirir un amplio conocimiento tecnológico del comportamiento electroquímico de estos sistemas lo que permite modificar las condiciones experimentales para lograr mayor efectividad de los métodos y de los baños utilizados para el metalizado. Se utilizarán técnicas electroquímicas convencionales conjuntamente con medidas de impedancia y de elipsometría. Para mayor información sobre la estructura de bandas de los óxidos estudiados y la cinética de reacciones de transferencia de carga a través de los mismos, se usará la técnica de fotoelectroquímica convencional y modificada mediante un láser pulsado. También se emplearán técnicas superficiales como microscopía electrónica de barrido, de efecto túnel (STM), espectroscopía Auger y espectroscopía fotoelectrónica de Rayos X (XPS).

Fragilización por hidrógeno en aleaciones ferrosas

En ciertas aleaciones, particularmente ferrosas y en determinadas condiciones, se producen fallas sorpresivas y con esfuerzos inferiores a los predichos por los cálculos de resistencia de los materiales. La oclusión de hidrógeno en los bordes de grano de la red cristalina, se menciona como uno de los mecanismos que tiende a explicar la elevada fragilidad que surge ocasionalmente en los metales. El objetivo de la investigación es analizar el grado de afectación de las propiedades mecánicas de diversas aleaciones sometidas a procesos que favorecen el ingreso del Hidrógeno a la estructura cristalina del material. Se buscará además, elaborar procedimientos para minimizar y prevenir este indeseable fenómeno, con el fin de mejorar las prestaciones de los componentes metálicos durante su vida útil

Generación y reacciones en fase gaseosa de radicales pequeños de interés en los procesos de deposición de silicio y derivados y en la química atmosférica

Los radicales libres juegan un papel importante como intermediarios en muchas reacciones químicas, como aquéllas involucradas en la combustión, en la atmósfera y en el espacio interestelar. El interés en los radicales libres ha crecido como resultado de la aplicación de las técnicas láser. (...) (...) Otra razón es su importante rol en la química de la atmósfera en relación a los problemas ambientales y su papel en los procesos de oxidación de moléculas orgánicas, en la química de la combustión y en la química atmosférica. Por esto es importante medir los coeficientes de velocidad para estas reacciones y comprender los mecanismos de reacción involucrados. (...) La aplicación de láseres al procesamiento de materiales para producir polvos y recubrimientos cerámicos de utilidad en microelectrónica, medicina, etc., ofrece una nueva tecnología con ventajas respecto de los métodos convencionales. SiH4 y sus derivados reciben atención debido a su importancia en la industria de los semiconductores. Sin embargo hay poca información disponible sobre los procesos químicos elementales de esta molécula. (...) En síntesis, es necesario conocer la reactividad y la cinética de los radicales del Si facilitará, a los fines de facilitar la construcción de mecanismos de deposición; el depósito de películas muy finas de Si y sus derivados a partir de distintos tipos de precursores en fase gaseosa, es de vital importancia en la tecnología moderna. (...) El proyecto comprende el estudio de las fluorescencias infrarroja y visible producidas por las especies generadas por la descomposición de silano (SiH4) por irradiación láser en fase gaseosa. Se estudia la generación de radicales, principalmente SiH2 y SiH3, a partir de precursores adecuados y sus reacciones con el objeto de obtener parámetros cinéticos y mecanismos de reacción que contribuyan al modelado de los procesos de deposición de metales y semiconductores. Se completará el montaje y calibración de un sistema de fotólisis pulsada con detección por fluorescencia de resonancia en flujo lento para el estudio de reacciones de átomos y radicales pequeños con compuesos de interés atmosférico.

Interacciones moleculares débiles en medios homogéneos y heterogéneos: Implicancias en mecanismos de reacción. Aplicaciones analíticas y en síntesis orgánica

Se realiza un estudio sistemático de interacciones moleculares en particular específicas, como puente de hidrógeno y electrón-donor-aceptor (EDA). Se estudian en principio moléculas sencillas (modelos), para luego aplicar los resultados a sistemas complejos de interés biológico y macromoléculas de interés analítico y tecnológico. Se busca detectar y cuantificar interacciones no-específicas. El efecto de estas interacciones se estudia tanto en medio homogéneo como en sistemas organizados: micelas y microemulsiones. Interesa establecer la influencia que ejerce el medio micelar sobre las distintas interacciones y la localización de los solutos en el sistema. Se estudiarán preferentemente micelas inversas. Esto permite no sólo conocer la influencia del medio organizado en las propiedades espectroscópicas y catalíticas del soluto sino también las propiedades de estos medios tan peculiares que en muchos aspectos mimetizan los naturales. Además interesa sensar la polaridad en el microentorno micelar a través del estudio espectroscópico con moléculas prueba. Estos estudios se extienden a la elucidación de mecanismos de reacción donde los complejos EDA se postulan como intermediarios. En particular interesan reacciones de sustitución nucleofílica aromática en solventes apróticos y con agregado de surfactantes. También se estudian las implicancias cinéticas del uso de catálisis por transferencia orgánica para optimizar rendimientos. Por otro, se estudian los aspectos mecanísticos de reacciones de sustitución nucleofílica aromática que involucran sustratos aromáticos activados por complejación con metales de transición y sus posibles aplicaciones en síntesis.

Investigación químico-farmacéutica de agentes antimicrobianos

Este proyecto interdisciplinario comprende la síntesis de nuevos agentes antimicrobianos, particularmente antimicrobianos flourquinolónicos (AMFQ) y compuestos estructuralmente relacionados, y la evaluación de sus propiedades específicas. En etapas previas se prepararon varios derivados y entre ellos se seleccionaron los de la serie que poseía el grupo sulfanililpiperacinil en posición 7 del anillo quinolónico. Estas moléculas exhiben una interesante actividad cuando se evalúa la potencia antimicrobiana in vitro (CIM), por lo que se está avanzando en el estudio de su actividad in vivo. Estos AMFQ son absorbidos por vía oral (estudios en ratas) y actualmente el Laboratorio esta estudiando su toxicidad y farmacocinética como parte de un trabajo en colaboración con nuestro grupo. La actividad in vitro (CIM) de los AMFQ esta determinada en parte por la cinética de ingreso a la bacteria y en parte por la actividad intrínseca del compuesto frente a lo topoisomerasa. En consecuencia, se está estudiando la cinética de captación de los AMFQ por las bacterias, en una variedad de condiciones experimentales, con el objeto de obtener un mejor conocimiento de su mecanismo de acción. Paralelamente se están planificando los experimentos para medir la capacidad de inhibir la topoisomerasa. Por otro lado, se estudian las propiedades físico-químicas de los nuevos AMFQ, consideradas relevantes para interpretar su comportamiento biológico. Hasta el presente han sido determinados los perfiles solubilidad-ph de algunos compuestos modelos y se estudiaron las propiedades hidrofílicas-lipofílicas de una variedad de AMFQs zwitteriónicos y no zwitteriónicos. Se continuará profundizando sobre estos puntos y con la determinación de otras propiedades de interés farmacéutico, tanto en estado sólido como en solución. Sobre la base de los anteriores resultados, se han elaborado algunas hipótesis e trabajo que condujeron a la síntesis de nuevas estructuras, cuyas propiedades antibacterianas y antimicobacterianas están siendo evaluadas. Se han sintetizado, también, complejos de AMFQ metales al estado sólido, los que exhiben interesantes propiedades farmacéuticas. Se está avanzando sobre la confirmación de sus estequiometrías y otras propiedades físico-químicas de interés biofarmacéutico.

Fotoquímica y fotofísica: Procesos de fotooxidación

Este proyecto comprende diferentes áreas o tópicos del saber los cuales se enumerarán divididos en los siguientes subtemas: A) Fotoquímica de compuestos carbonílicos perhalogenaso, fotooxidación en fase gaseosa; B) Fotoquímica y fotofísica láser de compuestos de coordinación; C) Reacciones de moléculas excitadas con especies de interés biológico. Subtema A: En nuestro laboratorio se ha estudiado la fotólisis de compuestos perhalogenados en fase gaseosa tales como CF3COF (fluoruro de perfluoroacetilo), CF3COCl (cloruro de perfluoroacetilo). Particularmente, se han determinado rendimientos cuánticos de descomposición, como así también se han propuesto probables mecanismos de reacción para cada una de ellas. Como próximo objetivo pretendemos continuar tales estudios y para esto se procederá al estudio de la fotooxidación de halogenuros de perfluoroacilo con el fin de aportar datos concretos sobre el mecanismo de tales reacciones. Subtema B: Este proyecto se orienta al estudio de procesos fotoquímicos y fotofísicos en fase condensada de compuestos de coordinación de metales de transición. Estos compuestos presentan un amplio campo de estudio desde dos puntos de vista: 1) desde el práctico, se orienta al desarrollo de posibles esquemas para la conversión y almacenamiento de la energía solar y 2) desde el teórico, nos permite chequear la validez de las teorías de transferencia de electrones de esfera externa sobre un amplio rango de cambios de energías libres como para obtener parámetros cinéticos confiables. En tal sentido se continuará con el estudio del efecto del medio: solvente, temperatura, pH, fuerza iónica, etc., sobre las reacciones de quenching del estado excitado de las especies Cr(phen)33+, Cr (bpy)+ 33+ y sus homólogos sustituidos por distintos fenoles desactivantes. También se estudiará a partir de compuestos minerales de interés regional tales como los derivados del U(VI) (U3O8 2+, (UO2)2 (OH)22+, etc.) cuyo mecanismo de desactivación permanece incierto. Subtema C: Las moléculas electrónicamente excitadas cumplen un importante rol en los sistemas biológicos al estar involucradas en mecanismos de transferencia electrónica y procesos oxidativos. En nuestro laboratorio, se han realizado estudios de procesos de fotooxidación de indoles por oxígeno singlete en medios no acuosos y nuestro objetivo es continuar el estudio de estos procesos en complejos entre ciclodextrinas y derivados indólicos y fenólicos y posteriormente se estudiará el efecto del medio: solvente, temperatura, pH, etc. y las reacciones de fotooxidación de los derivados indólicos y fenólicos en presencia de ciclodextrinas. Paralelamente, se continuará estudiando la interacción del oxígeno singlete con derivados indólicos utilizando los métodos MINDO/3, MNDO, AMI y PM3. Los objetivos del proyecto apuntan a consolidar grupos de investigación en área de la investigación básica con la finalidad de generar recursos humanos, nuevos conocimientos y su posible transferencia a otras áreas del conocimiento.