Melissa Maldonado: "“Cuando me explicaron que Física era una carrera muy complicada, me motivé. Quería estudiar algo que ayudara a resolver grandes problemas”

Este 2022 la investigadora Melissa Maldonado se integró a la planta académica del Instituto de Física, en el área de Óptica Cuántica.

Cuando salió del colegio en Colombia, su país natal, con 14 años, Melissa se sentía desorientada, no tenía idea qué carrera estudiar. Su colegio tenía un foco técnico, por lo que había cursado diversos ramos, desde ciencias hasta diseño de vestuario, pero nada le llamaba particularmente la atención. En su familia le sugerían que se dedicara a la contabilidad, una carrera práctica en la que era fácil encontrar trabajo.

Indecisa, partió con una amiga de viaje a conocer la Universidad del Atlántico, en Barranquilla. En su estadía conoció a un estudiante que mencionó que la carrera de Física era sumamente difícil. Ese desafío llamó su atención. “Nunca había escuchado que existía la posibilidad de estudiar Física en la universidad. Cuando me explicaron que era una carrera muy complicada, me motivé. Empecé a buscar información y me di cuenta que con la Física se podía aplicar a muchas áreas, desde lo fundamental, como responder preguntas sobre la naturaleza de la materia, hasta generar aplicaciones para tecnología y salud. Eso me cautivó, porque sabía que quería estudiar algo que ayudara a resolver grandes problemas”, recuerda Melissa.

Entre 2005 y 2011 Melissa estudió el pregrado en la Universidad del Atlántico, en Colombia.  Luego de titularse, viajó a Brasil, a cursar la maestría en la Universidad Federal do ABC, en Santo André, São Paulo. Esta institución había sido creada recientemente y entre sus académicos, la mayoría jóvenes y extranjeros, se sentía la efervescencia y motivación por investigar. Para Melissa este ambiente fue muy enriquecedor: “tengo buenos recuerdos de esa época. Todos los estudiantes de postgrado estábamos en una misma sala e interactuábamos con personas que estaban trabajando en áreas distintas, como, por ejemplo, la Ciencia de Materiales o la Ingeniería. Yo comencé a trabajar en Física Teórica con materiales bidimensionales, como el grafeno, pero rápidamente me di cuenta que me llamaba mucho más la atención llevar la teoría a la práctica. Mi orientador me recomendó que fuera a la Universidad Federal de Pernambuco, en Recife, que tenía un grupo fuerte en Física Experimental, así que en 2013 emprendí viaje y comencé a hacer mi doctorado en el área de Óptica No Lineal”.

Cuando la investigadora entró por primera vez al laboratorio de Óptica y Biofotónica del profesor Anderson Gomes de la Universidad Federal de Pernambuco quedó impresionada. Allí trabajaban en conjunto estudiantes de Física, Odontología, Educación Física, Biomedicina, Ingeniería Eléctrica y Electrónica. En este laboratorio las preguntas de investigación se enfrentaban multidisciplinariamente. “Desde el primer momento el profesor me marcó.  Él me dijo que en su laboratorio yo sería libre, la encargada de escoger mi línea de investigación, abriendo un abanico de posibilidades que incluyen diversos temas como la Biofísica, la Ciencia en Materiales y los láseres. En este laboratorio, yo sería la responsable de establecer mis metas y escoger hasta dónde avanzar, porque según él, en su laboratorio todo era posible. Los límites dependían de mi persistencia y paciencia. Ese mensaje me tocó para siempre. En ese laboratorio decidí hacer mi doctorado”.

Melissa inició su investigación trabajando en la caracterización óptica no lineal de materiales, estudiando y describiendo los fenómenos que se producen como consecuencia de la modificación de las propiedadesópticas de un material o nanomaterial por la presencia de luz proveniente de un láser. Esto permite estimar el potencial del material para el desarrollo de distintas aplicaciones y su uso eficiente.  “Las respuestas de óptica lineal son bastante conocidas, sin embargo, en respuestas no lineales, nos encontramos con fenómenos más interesantes. Podemos observar la generación de segundo y tercer armónico; la absorción de dos fotones; absorción no lineal; refracción no lineal; saturación de la absorción, entre otros. La caracterización basada en efectos no lineales te sirve para definir las propiedades de un material y definir sus futuras aplicaciones, porque un material te puede servir para amplificar la resolución de tu imagen 1000 veces; aumentar la capacidad de almacenamiento de un dispositivo; o aumentar la eficiencia de almacenamiento y reconversión en celdas solares.  Dependiendo de la caracterización que hagas, puedes decidir para qué te sirve el material y qué aplicaciones tienen mayor potencial”, explica la académica.

Gracias a la caracterización de nanocilindros de oro orientados en un substrato de PVA, Melissa pudo demostrar que, en estos, al cambiar la polarización, se modifica el índice de refracción y absorción no lineal en el material, entonces cuando la polarización era paralela había absorción no lineal, pero cuando la polarización era perpendicular, esta estaba ausente. Este resultado permitía construir aplicaciones directas evidentes en switch ópticos ultra rápidos. Estos funcionan como un interruptor (switch) eléctrico que se utiliza para encender o apagar una señal, con la diferencia de que todo el fenómeno se controla con luz, aumentando su eficiencia. Tales dispositivos se utilizan para procesamiento de señales, el hecho de que sean totalmente ópticos aumenta la eficiencia. En general, la caracterización no lineal de materiales tienen un gran potencial de aplicación en la transmisión de información óptica, la conmutación óptica, sensores y en dispositivos láser.

Tanto durante el doctorado como en el postdoctorado Melissa realizó pasantías en el Instituto Lumière Matière de la Universidad Claude Bernard en Francia. De vuelta en Brasil, Melissa quedó embarazada y esto le dio un nuevo impulso: “el embarazo ha sido la época más productiva de mi carrera.  Me sentí con más energía y motivación que nunca en mi vida. Apenas podía moverme entre las mesas ópticas con mi barriga, pero nunca había podido registrar tantos datos de experimentos como en ese momento ni publicar tantos papers. Luego vino la pandemia de Covid-19, y mientras muchos laboratorios de Física Experimental del mundo estaban cerrados, yo tenía mucha data que había tomado previamente para analizar, trabajar y seguir publicando”.

Cuando surgió la oportunidad de venir a Chile, a la Facultad de Física de la Universidad Católica, Melissa aceptó atraída por el desafío y la oportunidad de iniciar una nueva línea de investigación, orientada a resolver esos “problemas grandes” que soñaba enfrentar desde niña: “me he propuesto usar mi experiencia en caracterización de materiales para buscar nuevos materiales para aplicaciones, especialmente en biosensores. Además, quiero aplicar lo que he aprendido en la generación de una síntesis verde de materiales plasmónicos, usando el bioma (como plantas, hojas, frutas, etc.) como materia prima. Es importante que estos nuevos materiales sean biocompatibles y puedan ser usados en tratamientos de biomedicina, como, por ejemplo, nanomateriales que se adhieran al tejido humano o que puedan ser utilizados como marcadores biológicos. Un segundo objetivo es que su proceso de sintetización no genere residuos tóxicos, como sucede en el caso de la síntesis de nanopartículas que no vienen del bioma. Como una tercera línea, me gustaría usar sistemas fotoacústicos para la caracterización no lineal de materiales y utilizar estos materiales en sistemas de imagen fotoacústico tanto para el mejoramiento en la detección de enfermedades, como, por ejemplo, tumores, como en terapia fotoacústica, como una alternativa de tratamiento a un cáncer”.