Armonización de la espectroscopía Raman para su uso extensivo
Autor: Raquel Portela
Armonización de la espectroscopía Raman para su uso extensivo
El nuevo proyecto CHARISMA, financiado con fondos europeos, está destinado a armonizar y estandarizar la espectroscopía Raman para facilitar la caracterización de materiales a lo largo de su ciclo de vida completo, desde el diseño y fabricación de un producto hasta su reutilización, reciclaje o desecho final, pasando por el rendimiento durante su vida útil.
La espectroscopía Raman es una herramienta de caracterización casi ideal, porque es una técnica no invasiva, sin marcadores, fácil de implementar incluso en entornos de fabricación hostiles, las muestras se pueden analizar sin preparación especial y proporciona una rápida «huella química» altamente específica de materiales orgánicos e inorgánicos, en forma gaseosa, líquida o sólida, incluyendo materiales amorfos o de dominio cristalino menor de cuatro nm, que no se pueden caracterizar por difracción de rayos X convencional. En las últimas décadas, los equipos Raman se han desarrollado rápidamente, y hoy en día los usuarios finales tienen una amplia variedad de instrumentos Raman disponibles a un costo razonable, desde equipos sofisticados de alta resolución [i] hasta dispositivos portátiles asequibles [ii]. Estas son las principales razones del rápido crecimiento del uso de Raman no solo en la investigación, sino también en la industria, principalmente para el control de calidad, y en particular en la industria farmacéutica [iii].
El desafío para una implementación más amplia es que los espectros Raman difieren entre instrumentos y son difíciles de cuantificar y analizar, lo que limita la estandarización e interoperabilidad de los datos y modelos [iv]. Es necesario armonizar las herramientas de adquisición, procesamiento y almacenamiento de datos de espectroscopía Raman de modo que usuarios con diferentes equipos en diversos entornos puedan compartirlos de forma justa, a través de bases de datos encontrables, accesibles, interoperables y reutilizables (Findable, Accesible, Interoperable y Reusable, FAIR). Esta armonización es de suma importancia para fomentar e implementar un entorno abierto de innovación en industrias existentes y en desarrollo a través de técnicas de caracterización basadas en la espectroscopía Raman.
El proyecto CHARISMA (Characterization and HARmonization for Industrial Standardisation of advanced MAterials) tiene como objetivo armonizar y estandarizar la caracterización mediante espectroscopía Raman, incluyendo hardware, protocolos de medida, métodos in silico, y bases de datos, lo que permitirá a los usuarios finales compartir datos digitales relacionados con los espectros entre diferentes dominios y durante todo el ciclo de vida de diversos productos. En CHARISMA se proponen nuevos conceptos para armonizar la caracterización mediante espectroscopía Raman para su uso extendido in situ deslocalizado y su implementación industrial en línea. Se desarrollarán protocolos e interfaces de programación de aplicaciones que permitirán a los fabricantes y usuarios de productos activos en Raman implementar y compartir fácilmente herramientas analíticas y datos adquiridos con diferentes equipos y software en diversas condiciones.
El proyecto, financiado por el programa europeo de investigación e innovación Horizonte 2020 (GA 952921) y coordinado por el CSIC, ha comenzado el 1 de noviembre de 2020 y durará 4 años. La primera Asamblea General reunió el pasado diciembre virtualmente a los 14 socios del consorcio, de 9 países, en una discusión colaborativa sobre cómo lograr los objetivos, que incluyen:
- Normalizar la armonización de la espectroscopía Raman en las comunidades de nanotecnología, materiales avanzados, biotecnología y fabricación y procesamiento avanzados.
- Modelar para armonizar la espectroscopía Raman
- Armonizar los espectros Raman
- Armonizar los datos de caracterización Raman
- Generar un repositorio de datos Raman siguiendo los principios FAIR
- Demostrar el desempeño de la caracterización Raman armonizada en casos industriales reales diversos.
- Estandarizar los protocolos Raman
El proyecto demostrará la viabilidad de su concepto en tres casos industriales, relacionados con procesos químicos (producción de catalizadores), con la autenticación y trazabilidad de documentos y mercancías [v] y con la seguridad alimentaria [vi]. A largo plazo, su objetivo es hacer de la espectroscopía Raman una tecnología generalizada utilizada dentro del concepto Industry Commons.
Miguel A. Bañares, profesor de investigación del CSIC y jefe del grupo de Espectroscopía y Catálisis Industrial del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP), coordinador del proyecto, explica el impacto esperado de CHARISMA:
“Se espera que CHARISMA tenga un impacto significativo en una serie de áreas tecnológicas y científicas diferentes, lo que en última instancia conducirá a una mayor confianza de los consumidores y la industria en productos basados en nanomateriales activos en Raman controlados digitalmente, a la caracterización Raman en línea / in situ durante el ciclo de vida de múltiples productos y, en general, a una mayor confianza en la calidad y el rendimiento de productos que involucren nanomateriales.”
Contacto: Yordas Group (en inglés, Judith Friesl y Besa Maliqi Syla), ICP-CSIC (Miguel A. Bañares y Raquel Portela).
Referencias
[i] Confocal Raman Microscopy. Springer Series in Surface Sciences. Editors: J. Toporski, T. Dieing, O. Hollricher. Springer International Publishing 2018, Switzerland.
[ii] 2019 XI™ es el primer espectrómetro Raman del mundo completamente integrado con el smartphone Android Cloudminds Data A1 https://airaman.com/
[iii] J. A. Griffen, A. W. Owen, D. Andrews, P. Matousek. Recent Advances in Pharmaceutical Analysis Using Transmission Raman Spectroscopy. Spectroscopy 32,4,37–43(2017).
[iv] Li Q, Sun X, Ma X, et al. (2019) A calibration transfer methodology for Standardisation of Raman instruments with different spectral resolutions using Double Digital Projection Slit. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 191: 143–147.
[v] J. J. Romero, V. García-Juez, J. F. Fernández, J. Gamo, Miguel A. Rodríguez, A. Ruiz, I. Lorite. Use of Raman Markers for authenticating security documents. WO2012/164054 (A1) and EP2714419 (B1), US 9196107(B2), CN103635331 (B), JP6009549 (B2), KR101590690 (B1). A. Moure, J. F. Fernández, V. Fuertes, E. Enriquez, V. García-Juez. Raman Markers. EP19382045.3 2019.
[vi] J. F. Fernandez, J. J. Reinosa, A. Moure, J. J. Menendez. “Material compuesto antimicrobiano» (antimicrobial composite material). P201830547 05/06/2018
CHARISMA ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo No 952921.
