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QUÍMICA NUCLEAR APLICACIONES |
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En muchos casos, la aplicación de los radioisótopos ha jugado un papel importante en la mejora de la calidad de vida de los seres humanos. Sin embargo, es inevitable que en la mente de muchas personas lo que destaque no sean estas aplicaciones sino los inconvenientes producidos por el uso bélico de la química nuclear o los desastres naturales producidos por accidentes como los de Chernobyl o Fukushima.TRAZADORESEl uso de radionúclidos como trazadores está muy extendido en investigación, medicina, agricultura o industria. Un trazador es un isótopo radiactivo que es añadido a otra sustancia no radiactiva para estudiar su comportamiento dinámico a través del seguimiento de la radiactividad. Es importante señalar que el comportamiento químico de un isótopo de un elemento no está influido por la radiactividad. Este uso fue introducido por George de Hevesy como técnica para el seguimiento de la absorción del plomo por las plantas en 1913 (Nobel en 1943). En 1935 Edward Hughes usó los isótopos de carbono, nitrógeno y oxígeno recien descubiertos para aclarar la inversión Walden en la que una sustancia ópticamente activa se convierte en su estereoisómero.
A finales de los años treinta, Harold Urey (Nobel 1934) promovió el uso de los radioisótopos naturales para estudiar el metabolismo. Su trabajo fue completado por Rudolf Schoenheimer para estudiar los compuestos intermedios del metabolismo de las grasas y las proteínas.
A principios de los años cuarenta, los científicos empezaron a utilizar isótopos artificiales de azufre o fósoforo (por ejemplo, P-32) para estudiar las reacciones orgánicas. La disponibilidad de estos nuevos isótopos junto al uso de contadores Geiger y nuevos espectrómetros de centelleo líquido llevó a una fuerte expansión del conocimiento bioquímico en los cincuenta y sesenta.___________________________________
Espectrómetro de centelleo La muestra se disuelve en un disolvente que contiene una o más sustancias fluorescentes que al recibir la radiación beta emiten fluorescencia que puede ser detectada por un fotomultiplicador.
Disolventes habituales son: tolueno, p-dioxano o p-xileno. Compuestos fluorescentes habituales son: 2,5-difeniloxazol (PPO) o 1,4-bis(5-feniloxazol-2-il)benceno (POPOP).
El fundamento del espectrómetro es el siguiente: Las partículas beta emitidas por la sustancia radiactiva impactan con el disolvente que pasan a un estado excitado y, al regresar al estado fundamental, emiten un fotón de baja longitud de onda. Ese fotón es absorbido por el fluoróforo que al desexcitarse emite otro de mayor longitud de onda (370 nm en el caso del PPO y 424 nm en el caso del POPOP). Este fotón es captado por el fotomultiplicador y se convierte en un pulso eléctrico que es procesado por el espectrómetro.La sensibilidad de esta técnica es mucho mayor (10-12 g) que la de los ensayos químicos (10-7 g)._______________________________________Hoy día hay más de 160 radioisótopos que son usados como trazadores. Los radioisótopos se suelen diferenciar por su origen: reactores nucleares o aceleradores de partículas.
MEDICINALa medicina nuclear fue desarrollada en la década de los 50 del siglo pasado para el tratamiento del tiroides con I-131. Hoy día los radioisótopos son ampliamente utilizados para el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades. En el mundo desarrollado, cada año una de cada 50 personas hace uso de la medicina nuclear en el diagnóstico de enfermedades.
SPECT cerebral Para el diagnóstico de enfermedades, una dosis radiactiva es dada al paciente y se estudia la actividad en el organismo en dos o tres dimensiones (tomografía). Estos trazadores radiactivos emiten rayos gamma desde el interior del cuerpo y se introducen junto con compuestos químicos (iodo para el tiroides o glucosa para el cerebro) que permiten escrutar procesos fisiológicos específicos. Actualmente la tomografía computerizada de emisión de fotón único (SPECT) es la principal técnica de diagnóstico, sin embargo, recientemente se ha desarrollado la tomografía de emisión de positrones (PET) que es una técnica más precisa y sofisticada que, además, usa isótopos producidos en un ciclotrón, en particular flúor-18. PET es muy importante en el diagnóstico del cáncer y las enfermedades del corazón y el cerebro. Su uso es simple: un radionúclido emisor de positrones es introducido (inyección) en el cuerpo unido a un vector químico que asegura la acumulación en el tejido objetivo. Cuando decae emite un positrón que inmediatamente se combina con un electrón dando lugar a dos fotones gamma característicos que son emitidos en sentidos contrarios. Estos fotones son detectados por una cámara que da una posición precisa de su origen.
18 F-fluciclatide PET scan El radioisótopo más usado en medicina diagnóstica es el Tecnecio-99m, empleado en 80 % de todos los procedimientos de medicina nuclear. Tiene una vida media de seis horas suficiente para hacer la exploración del paciente sin provocar daños. Se suele obtener a partir del Mo-99 que, a su vez, es obtenido en reactores de investigación por irradiación del U-235 con neutrones. El Tc-99m también se puede obtener en aceleradores de partículas por el bombardeo de con protones (22MeV) de Mo-100. Un inconveniente de esta vía de producción es que también se obtiene como producto Tc-99g.
Otra ventaja del tecnecio es que su química es tan versátil que puede ser incorporado a muchas sustancias activas biológicamente, asegurando una concentración suficiente en el tejido del órgano a estudiar. Otros radioisótopos importantes en diagnóstico son: Rb-82 ; Sr-82; Talio-201En el ámbito de la terapia los usos de radioisótopos están más concentrados en el caso del cáncer ya que las células cancerígenas son sensibles al daño por radiación. La irradiación externa puede hacerse con los rayos gamma procedentes de una fuente de Co-60. La irradiación interna es administrada colocando una pequeña cantidad de radiosótopo (gamma o beta emisores) en la zona dañada (Braquiterapia). El I-131 es usado en el cáncer de tiroides. El Ir-192 se utiliza en la cabeza y el pecho. I-125 o Pd-103 son usados en el cáncer de próstata.Recientemente se están utilizando emisores alfa como Bi-213 para tratar la metástasis del cáncer. Para el tratamiento de la leucemia y el melanoma también se usa Pb-212.
Radioterapia externa AGRICULTURALa FAO destaca la utilidad de la tecnología nuclear en la mejora de la alimentación y la agricultura.La irradiación de semillas de trigo, maíz, arroz, algodón, etc produce profundos cambios genéticos que pueden ser útiles para mejorar las variedades de los cultivos en su resistencia a plagas o en el aumento de los rendimientos.
Por otra parte, la mejor manera de erradicar plagas de insectos es la esterilización. La irradiación es una técnica útil para esterilizar en masa los insectos manteniendo sus comportamientos sexuales competitivos. Con los machos estériles incapaces de reproducirse, es realmente el perfecto control de la natalidad de los insectos. Los gobiernos de Guatemala, México y los Estados Unidos de América han estado usando la TIE ( técnica de los insectos estériles) durante décadas para prevenir la propagación hacia el norte (México y Estados Unidos) de la mosca mediterránea de la fruta.
ALIMENTOSTodos los tipos de radiación no son recomendadas para ser usadas con los alimentos, de hecho solo tres de ellas son permitidas: Co-60; Cs-137 y rayos X. Los productos alimentarios son expuestos a radiación gamma para controlar insectos, bacterias, hongos, etc sin reducir su valor nutricional excepto por la destrucción de parte de las vitaminas A, B1, C y E. Dependiendo de la dosis de radiación se distingue entre: baja dosis (< 1kGy) (kilogray), dosis media (1-10 kGy) y dosis alta (> 10 kGy).
La baja dosis de radiación se utiliza para prevenir la aparición de brotes en tubérculos. Por ejemplo, la patata irradiada puede ser almacenada a 15 ºC. Retraso de la maduración de la fruta y eliminación de parásitos, permitiendo el almacenamiento durante 30 días a temperaturas de 12-14 ºC.
La dosis media se utiliza para conservar mejor el pescado congelado o los productos cárnicos (2-5 kGy).La dosis alta de irradiación se utiliza, por ejemplo con las especias. Estas suelen estar acompañadas de huevos de insectos y pueden contaminar las comidas preparadas que se elaboran con ellas. También se emplea para esterilizar la comida de enfermos inmunodeprimidos, militares o astronautas.
INDUSTRIA CIVIL E INGENIERÍALos radioisótopos se utilizan en la industria para verificar tuberías bloqueadas o fugas. Por ejemplo, se coloca una pequeña cantidad de Na-24 en una bola hermética y se introduce en la tubería a controlar. También se puede añadir a una tubería subterránea de petróleo para comprobar si tiene fugas.
Por otra parte, los materiales radiactivos se utilizan para inspeccionar piezas metálicas y la integridad de las soldaduras en una variedad de industrias. La cápsula de titanio es un isótopo radiactivo que se coloca en un lado del objeto que se está examinando y en el otro se coloca una película fotográfica. Los rayos gamma atraviesan el objeto y crean una imagen en la película. |
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