No olviden este nombre: Rubén Costa. Una joven promesa de la investigación española centrado en un gran proyecto de investigación sobre tecnologías de la iluminación y creación de energía: el Bio LED. Y además la otra gran noticia es que el Instituto IMdea, con su director a la cabeza, el profesor Javier Llorca le ha traído a España, concretamente a Madrid, al Instituto IMdea de Materiales con un proyecto de investigación, en principio, por 5 años.
smartLIGHTING fue recibido, a primeros de abril, en el IMdea con el fin de entrevistar al último «fichaje» que ha llevado a cabo este instituto de investigación: Rubén Costa. En la sala de reuniones nos recibe el propio Rubén, Miguel Ángel Rodiel actual Technoly Manager & Head of Project Office y el director del centro, el profesor Javier Llorca.
El profesor Llorca rezuma pasión por su trabajo en el Instituto Madrileño de estudios avanzados (IMdea), y así nos empieza explicando que el Instituto es promovido por la Comunidad de Madrid, con unos objetivos muy claros: llevar a cabo una investigación de excelencia como institución académica, que esta investigación se pueda transferir a la industria y mejorar la competitividad de esta y un tercer objetivo, que el profesor Llorca añade que es lo que le hizo hace 10 años llegar al instituto (desde su fundación), que es crear una estructura flexible de atracción de talento, de traer a los mejores, siguiendo el modelo norteamericano.
Nos explica el profesor Llorca, que el Instituto IMdea, tiene estructura de fundación flexible y comprende 7 institutos en diferentes áreas que van desde alimentación, energía, agua, redes, nanociencia, software, networks y el que dirige el profesor Llorca y al que desde hace tan solo unos días se ha incorporado Rubén Costa, el de materiales. Cada instituto está gobernado por un patronato que incluye representantes de la Comunidad de Madrid, de distintas instituciones de investigación de Madrid, como la Universidad Politécnica, la Complutense o la Carlos III, por 5 científicos internacionales uno de los cuales es el presidente del Instituto y varias compañías con las que hay una relación de strategic partner como ITP, Airbus, Abengoa y Antolín, además de otras compañías con las que se tiene una colaboración a largo plazo.
Hay otro instrumento dentro del Instituto que es el Comité Científico que está formado por 14 investigadores de todo el mundo. Es un consejo asesor que tiene dos misiones fundamentales: la selección de investigadores y la evaluación de los mismos cada 5 años.
En la actualidad el IMdea materiales está formado por 120 investigadores de 17 países. El idioma de trabajo es el inglés. Rubén Costa es el último en incorporarse al excelente grupo de 17 de investigadores senior del instituto. El resto hasta completar esos 12o investigadores son investigadores, investigadores postdoctorales y predoctorales, científicos visitantes y estudiantes de master.
El instituto tiene 5 líneas de investigación: materiales avanzados para aplicaciones multifuncionales (que es la línea de investigación de Rubén), materiales compuestos (aerospacial y automoción principalmente con la revolución del coche eléctrico), desarrollo de aleaciones metálicas, diseño y ensayo de materiales en ordenador con técnicas computacionales y finalmente la caracterización de materiales a distintas longitudes de escala (desde la escala de átomos hasta la escala macroscópica)
Seguidamente Miguel Ángel Rodiel nos enseña y explica minuciosamente el edificio y todos los laboratorios, que estrenaron hace aproximadamente 5 años en este impresionante edificio y donde se llevan a cabo las investigaciones y pruebas que llevan a cabo diariamente y que le convierten en el primer Instituto nacional en esta disciplina y entre los primeros internacionales.
La sede del instituto se encuentra en TecnoGetafe, un parque tecnológico situado en Getage, 16 Km al sur de Madrid. El edificio del instituto, con una superficie de 9000 m2, fue inaugurado en el año 2012 e incluye espacio de oficinas para el personal de gestión y los investigadores, laboratorios (procesado de nanomateriales and nanocompuestos, fabricación de materiales estructurales avanzados, caracterización química y microestructural, caracterización mecánica y térmica, nanomecánica e ingeniería de materiales computacional) y un área común para la celebración congresos y reuniones científicas.
La entrevista con Rubén Costa
Ya de vuelta a la sala de reuniones nos espera nuestro verdadero objetivo de la visita, que es charlar con Rubén Costa. Este joven investigador valenciano, pero con un currículum impresionante, resulta verdaderamente cautivador en sus explicaciones. Talento y pasión por su trabajo. Por suerte para nuestra comunidad científica y para nuestra industria ha vuelto a nuestro país, gracias entre otras cuestiones al esfuerzo del IMdea de la Comunidad de Madrid, y smartLIGHTING ofrece en exclusiva esta más que interesante entrevista, donde explica la investigación en la que se encuentra centrado y totalmente entregado y que ahora se va a realizar en España. No pierdan de vista a Rubén porque, quizás ¿estemos asistiendo al siguiente descubrimiento revolucionario en la iluminación?
smartLIGHTING.-Actualmente lideras un equipo de investigación en Alemania para desarrollar pantallas y LEDs “bio” que acabarían con los problemas ecológicos de la tecnología LED. ¿Nos puedes explicar en qué consiste esta investigación?
Rubén Costa.- Mi investigación está centrada en el estudio de nuevos materiales para el desarrollo de tecnologías centradas en la iluminación y la creación de energía (células solares). Nuestra aproximación es seguir el concepto “Green Photonics”. Es decir, desarrollar y aplicar nuevos materiales que sean ecológicos, sostenibles, fáciles y baratos de producir, y que además nos proporcionen las mismas prestaciones o incluso las mejoren. En este sentido, el BIO-LED es un perfecto ejemplo de la aproximación Green Photonics adaptando componentes que la naturaleza ha optimizado durante siglos a nuestra necesidades.
Lo que hemos desarrollado es una goma basado en la combinación de dos polímeros, que cuando interaccionan con proteínas luminiscentes las estabiliza durante años conservando sus propiedades luminiscentes. Además, la goma presenta propiedades ópticas y mecánicas que permiten su uso como filtros de color. Es decir, lo que proponemos es reemplazar los convertidores de color inorgánicos de los LEDs comerciales por nuestras biogomas basadas en proteínas.
Los LEDs blancos comerciales están basados en un chip que emite luz azul. Esta emisión azul pasa a través de un filtro basado en materiales inorgánicos que parcialmente la absorben y emiten luz amarillo-anaranjada. La combinación de ambas emisiones nos proporciona un color blanco. Las principales limitaciones son el precio de estos convertidores inorgánicos, que representan de un 10-20% del coste total del LED y la necesidad de generar una luz blanca más saludable que cubra la parte roja del espectro. Después de más de 25 años, no se han conseguido solventar estos problemas que se han ido agravando con la entrada de los LED en nuestras casas y la optimización del brillo.
Los filtros de proteínas podrían representan una alternativa barata, ecológica y eficiente a los convertidores inorgánicos. El Bio-LED básicamente consiste en coger un LED comercial que tiene la misma electrónica, chip y carcasa, reemplazando el filtro de color inorgánico por el diseñado en mi laboratorio. Así podemos producir luz blanca pura, además de mantener los niveles de eficiencia y brillo, aunque debemos mejorar la estabilidad que es nuestro de foco de atención.
Además nuestro trabajo se emplaza en un nuevo marco de pensamiento tecnológico en el que intentamos desarrollar una iluminación artificial blanca saludable y barata. Recientemente hemos demostrado que también se pueden preparar filtros de color para pantallas de ordenador, mientras que otros grupos del MIT has desarrollado láseres con proteínas.
SL.- ¿Cómo nace la idea de esta investigación?
RC.- Esta línea de trabajo se ha ido forjando a lo largo de mi carrera profesional. Es decir, en mi doctorado trabajé con complejos de Iridio que resultaron ser muy eficientes y estables. Cuando intentamos atraer a las empresas del sector, llegamos a un punto muerto debido al elevado precio y a su escasez. Esto me hizo cambiar mi visión del mundo tecnológico: hay que basarse en sistemas sostenibles mejorando las prestaciones de los dispositivos actuales. Así que aposté por dos materiales: nanocarbonos y proteínas. Al primero le llevo dedicando 6 años con un buen éxito que nos ha llevado a premios internacionales y al interés industrial. Una vez que consolidé esta línea de investigación, me centré en las proteínas que era un campo totalmente nuevo que despertó mi curiosidad y del que sigo aprendiendo mucho. La pregunta clave es cómo podemos adaptar los compuestos que la naturaleza ha optimizado durante siglos en nuestro mundo artificial. El hombre tiende a modificar el medio para cubrir sus necesidades, la naturaleza adapta sus componentes al medio que la rodea, por qué no decirle a la naturaleza que evolucione adaptándose a nuestras necesidades. Es decir, si la naturaleza usa luz para comunicarse, porque no podemos decirle que modifique esa luz para poder usarla en nuestra casa. Nosotros intentamos adaptar estos componentes naturales para nuestras necesidades. En los últimos 2 años, le he dedicado todos mis esfuerzos a estudiar y mejorar proteínas luminiscentes para desarrollar sistemas de iluminación que respondan a la llamada verde que todos necesitamos. En mi opinión, la próxima revolución tecnológica debe reflejar lo que hemos aprendido desde hace más de 3 siglos: una mejora de las prestaciones de los dispositivos actuales debe basarse en el uso de materiales que sean ecológicos e inteligentes.
SL.-¿Qué son exactamente las proteínas lumínicas para dispositivos electrónicos?
RC.- Las proteínas luminiscentes son un compuesto basado en una cadena de aminoácidos que se auto ensambla en el seno de las bacterias. Cuando esta cadena se pliega en forma de barril envuelve en su interior a una molécula que emite luz. Estas proteínas se estudiaron al intentar descubrir porque las medusas emiten luz verde y azul. De hecho, estas proteínas son las que utilizan estos seres marinos para comunicarse ante la presencia de alimento o peligro.
Lo que nosotros hacemos es producir esta proteína natural en bacterias que es una técnica muy conocida y extendida por todo el mundo. Una vez la producción de las bacterias ha llegado a su punto máximo, extraemos y purificamos las proteínas luminiscentes. Estas presentan una estabilidad moderada en medios acuosos que no han permitido su uso en la optoelectrónica a pesar de que se planteo teóricamente en el año 2000. Desde entonces no se han hecho muchos avances en la estabilización de proteínas en matrices no acuosas para su uso en bio-electrónica. Lo que hemos descubierto es como estabilizarlas durante años en una goma cuya reología y propiedades mecánicas nos permiten su aplicación como sistemas de packing en LEDs o para preparar filtros de color para pantallas.
SL.- ¿Qué beneficios tiene el Bio LED en comparación con el LED actual?
RC.– Uno de los mayores beneficios de usar convertidores de color basados en proteínas reside en sus propiedades luminiscentes que son tan buenas como los famosos quantum dots y convertidores inorgánicos tipo YAG:Ce. Las propiedades luminiscentes consisten en un alto rendimiento de emisión >70% asociado a un espectro de emisión que muestra un ancho de banda de tan solo 30-50 nm independiente del color de emisión.
Además, la producción de proteínas luminiscentes es barata, continuada, y se puede hacer en cualquier lugar del mundo. Hay que tener en que las bacterias no paran de reproducirse siempre que tengan el espacio y alimento adecuado (un cóctel basado en agua, azucares y aminoácidos). Finalmente, son proteínas luminiscentes que no requieren cuidados especiales cuando se encuentran en la goma que a su vez es de fácil reciclaje, ya que cuando las proteínas se degradan no dejan residuos nocivos al medio ambiente.
Actualmente, los materiales inorgánicos como el YAG:Ce usados para los LED blancos están localizados en lugares remotos de nuestro planeta, y por tanto hay que extraerlos, refinarlos y transportarlos. Así que no es de extrañar que este convertidor de color constituya entre un 10-20% el precio final de un LED blanco. Los gobiernos de USA e EU, consideran un aumento del 50% de su precio para el 2020. En otras palabras, es necesario descubrir alternativas hoy, para poder responder a este inminente problema industrial en un futuro muy próximo.
La principal ventaja del Bio-LED es la considerable reducción del precio, ya que, estimamos que un sistema de conversión de color basado en proteínas puede costar menos de un 10% del valor de producción de los actuales filtros inorgánicos.
Un segundo aspecto que es clave es que la naturaleza ya nos ha dado todas las proteínas que emiten cualquier color, desde el azul al rojo más intenso, incluyendo el “blanco sano” que necesitamos en casa para mejorar nuestra calidad de vida. Así que, no tenemos ninguna restricción para diseñar un LED que emite la luz deseada. En el caso de los materiales inorgánicos, a pesar de los esfuerzos durante los últimos 25 años, todavía hay pocos ejemplos de emisores rojos que a su vez sean eficientes.
Finalmente, nuestros filtros basados en proteínas son totalmente ecológicos y fáciles de reciclar y/o cambiar, si se desgataran con el uso. Así que, su impacto medio ambiental seria inexistente. De hecho, un grupo de EMPA en Suiza está actualmente estudiando estos aspectos y los resultados iniciales corroboran nuestras expectativas.
SL.- ¿Desde cuándo estáis trabajando tú y tu equipo en esta investigación?
RC.- Empezamos a finales del 2015 y ya hemos sacado una patente, varias publicaciones científicas y reconocimientos internacionales.
Mi grupo consta de nueve estudiantes, que se centran en células solares (6) y sistemas de iluminación (2) y yo como jefe de grupo. Pero también trabajo con muchos grupos que diseñan materiales por todo el mundo. En el caso del BIO-LED, trabajo con varios grupos localizados en Alemania e Inglaterra que están centrados en la biología y en la reología de los geles.
SL.- ¿En qué fase se encuentra la investigación actualmente?
RC.- Hemos pasado con honores la proof of concept, es decir, la idea de usar proteínas luminiscentes en LEDs es posible. De hecho hemos optimizado los dispositivos hasta un nivel de prototipo de laboratorio o TRL 3. Ahora queremos atraer empresas a este proyecto con la idea de adaptar nuestra investigación a sus necesidades y además llevarla al nivel de prototipo industrial.
SL.- ¿Esta investigación forma parte de algún programa? ¿Recibe financiación de alguna entidad?
RC.- Sí, esta idea nació en el marco de un proyecto de alto riesgo centrado en tecnologías emergentes. Ahora llega a su fin en este año y hemos pedido financiación europea como las famosas ERC Starting grant.
SL.- ¿Serán el futuro inmediato las pantallas bio o todavía tardaremos en verlas en el mercado?
RC.- Es un poco pronto para estimar tiempos. Es decir, lo que publicamos este Enero fue el primer paso hacia el diseño de pantallas. Lo que enseñamos es que se puede hacer un filtro de color con una microestructura que se puede usar para el diseño de pantallas. Lo considero un primer paso muy certero hacia pantallas de teléfono, ordenadores, etc. Aunque, tenemos que tener un mejor control de la morfología y del proceso de fabricación.
Creo que es más realista hablar de un futuro BIO-LED con un color determinado como verde, rojo, azul, etc. Esta iluminación se podría aplicar a pequeños aparatos aplicados en los coches, paneles de control o en luminarias para oficinas. A su vez, el BIO-LED blanco lo estamos optimizando a pasos agigantados y tenemos grandes expectativas puestas en él. Si nuestros avances en estabilizarlo se confirman, se podría aplicar en bombillas para el uso doméstico.
Finalmente, la aplicación a LED de alto poder, todavía requiere un poco de tiempo para diseñar las proteínas necesarias. Como siempre, dependerá de los recursos humanos y financieros a los que podamos optar.
SL.- Desde este mes de abril empiezas a trabajar en el Instituto IMDEA Materiales de Madrid. ¿Qué investigación vas a realizar aquí y con qué finalidad?
RC.- Seguiré con mis líneas de investigación y estoy seguro que abriremos nuevos horizontes. La razón de incorporarme al IMDEA Materiales es que ambos compartimos la visión de un desarrollo tecnológico eficiente y ecológico. Es decir, ambos buscamos diseñar materiales que sean eficientes, ecológicos y que mejoren las prestaciones actuales. El aunar fuerzas con los investigadores del IMDEA Materiales surgió de forma natural y como un paso lógico en mi carrera profesional. La experiencia de sus miembros en el campo de los materiales multifuncionales, su curiosidad y su excelencia son factores que no tienen precio para poder seguir creciendo como investigador.
SL.- ¿Participas en algún otro proyecto en el campo de la bioelectrónica?
RC.- Como te indiqué estoy involucrado en el proyecto de Synthetic Biology donde hemos desarrollado el Bio-LED y ahora que se acaba esperamos que los nuevos proyectos que se están evaluando salgan hacia adelante.
SL.- ¿Tus investigaciones sobre el desarrollo de sistemas de iluminación ecológicos han sido reconocidas a nivel mundial? ¿Qué premios has recibido?
RC.- Ya fue un premio el publicar nuestro artículo en Adv. Mater. con comentarios de los referees que variaban desde un “ Sorry, hard to believe” a un “Great job, thinking out of the box”. Pero como investigador el reconocimiento de la comunidad científica ha representado un gran honor para mí y para mi grupo de investigación. En septiembre 2016 fuimos galardonados con la medalla de plata al mejor investigador Europeo por debajo de 35 años por la Asociación Europea de Química y Materiales (EuCheMS) y el prestigioso premio LpS Scientific Award entregado en el mayor certamen europeo de la industria de la iluminación. Ese mismo noviembre nos otorgaron el prestigioso premio de jóvenes investigadores de la Real Sociedad de Química Española y en Enero de este año el mismo premio por la Sociedad Alemana de Profesores Química. Ahora hemos sido nominados para el premio de Young Investigators Awards que patrocina el MIT.
Breve biografía de Rubén Acosta
Edad: 33
Lugar de Nacimiento: Valencia
Estudios: Licenciatura de Químicas en la U. Valencia, Doctorado en Química Física por la U. de Valencia.
Trabajos realizados
Rubén D. Costa obtuvo el título de Licenciado en Químicas por la Universidad de Valencia en 2006 siendo galardonado con cuatro premios -premio extraordinario de Licenciatura 2006, dos premios al mejor expediente de la región patrocinados por el gobierno de la Comunidad Valenciana y el Colegio de Químicos, y tercer premio al mejor expediente a nivel nacional-. Además, durante este periodo disfrutó de tres becas de introducción a la investigación – beca de introducción a la investigación para estudiantes del CSIC, beca del BSC y la beca de colaboración del Gobierno español. Además, durante este periodo fue coautor de dos artículos científicos.
Durante el periodo 2007-2010, Dr. Costa realizó su tesis doctoral con el profesor Ortí y Dr. Bolink en el Instituto de Ciencia Molecular (IcMol) con la beca de formación de profesores de universidad (FPU). Él se centró en el diseño de complejos de coordinación luminiscentes con el objetivo de mejorar la estabilidad de las células electroquímicas emisoras de luz, que pasaron de una pocas horas a varios miles combinando el diseño de nuevos materiales con sistemas de encendido más eficientes. Sus resultados llamaron la atención de empresas líderes del sector, realizando una estancia pre-doctoral en Siemens (2009). Durante el doctorado el candidato publicó más de 30 publicaciones y participó en varios proyectos europeos, nacionales e industriales. Para cerrar esta etapa, su tesis doctoral obtuvo dos premios nacionales -Premio Extraordinario de Doctorado 2010 y el Premio Nanomatmol 2011 de la RSQE a la mejor tesis doctoral española en nanociencia-, además del prestigioso premio a las mejores tesis doctorales a nivel mundial – 2011 IUPAC Prize for Young Chemists.
Entre el 2011 y 2013, Dr. Costa se unió como Humboldt postdoc al grupo del profesor Guldi en la Universidad de Erlangen-Nuremberg (FAU). El candidato cambio de campo de investigación centrándose en el desarrollo de las células solares basadas en especies nanocarbonadas como el grafeno, nanotubos y nanocuernos. De hecho el candidato tuvo que montar un laboratorio de fotovoltaica durante el inicio de su postdoc, lo que le permitió ser mentor de varios estudiantes de máster (7). La mayoría de ellos se quedaron a realizar la tesis doctoral bajo su co-supervisión. Además, el candidato publicó > 10 publicaciones y recibió un premio -SUSCHEM. En la actualidad es co-director de 7 estudiantes de doctorado trabajando en el campo de la fotovoltaica.
En el 2014, se convirtió en jefe de grupo en la FAU. Su grupo se centra en el uso de materiales híbridos para sistemas sostenibles de iluminación, bio-sensores y bio-reactores. Una vez más, el candidato creó desde cero estos dos laboratorios con la ayuda de 3 estudiantes de master y de 3 doctorandos que están bajo su directa supervisión. El candidato ha conseguido establecerse siendo autor responsable de >25 publicaciones, 2 patentes y sus resultados han sido llevados a medios sociales como periódicos y noticas en varios idiomas. Además de ser reconocido dentro de los jóvenes líderes europeos con los premios: Premio a Jóvenes Investigadores – RSQE; 2016, la medalla de plata del European Young Chemist Award 2016 – EuChemMS, el LpS Scientific Award 2016, y el ADUC 2017 otorgado por la GDCh.
En el 2017, Rubén D. Costa se une al IMDEA MATERIALES como miembro Senior liderando el grupo de materiales híbridos para optoelectrónica.
