Ablación

La ablación ( del latín : ablatio – remoción) es la eliminación o destrucción de algo de un objeto mediante vaporización , astillamiento, procesos erosivos u otros medios. A continuación se describen ejemplos de ablación en relación con diversas industrias, como los materiales para naves espaciales utilizados en el ascenso y la reentrada atmosférica , el hielo y la nieve en glaciología , los tejidos biológicos en medicina y los materiales de protección pasiva contra incendios .

En inteligencia artificial (IA), especialmente en aprendizaje automático , la ablación es la eliminación de un componente de un sistema de IA. ^{[ 1 ]} El término es por analogía con la biología: eliminación de componentes de un organismo.

La ablación biológica es la eliminación de una estructura o funcionalidad biológica.

La ablación genética es otro término para el silenciamiento génico , en el cual la expresión génica se anula mediante la alteración o eliminación de la información de la secuencia genética . En la ablación celular, las células individuales de una población o cultivo se destruyen o eliminan. Ambas pueden utilizarse como herramientas experimentales, como en los experimentos de pérdida de función . ^{[ 2 ]}

En medicina, la ablación es la eliminación de una parte de tejido biológico , generalmente mediante cirugía . La ablación superficial de la piel ( dermoabrasión , también llamada rejuvenecimiento cutáneo porque induce la regeneración ) puede realizarse mediante sustancias químicas (quimioablación), láseres ( ablación láser ), congelación ( crioablación ) o electricidad ( fulguración ). Su propósito es eliminar manchas, piel envejecida y arrugas , rejuveneciéndola . La ablación superficial también se emplea en otorrinolaringología para diversos tipos de cirugía, como la del ronquido .

El término también se usa frecuentemente en el contexto de la ablación láser , un proceso en el que un láser rompe los enlaces moleculares de un material . Para que un láser ablacione tejidos, la densidad de potencia o fluencia debe ser alta; de lo contrario, se produce la termocoagulación, que es simplemente la vaporización térmica de los tejidos.

En cardiología , la ablación por radiofrecuencia (ARF) se puede utilizar para tratar diversas arritmias cardíacas, como la taquicardia supraventricular , el síndrome de Wolff-Parkinson-White (WPW), la taquicardia ventricular y, más recientemente, como tratamiento de la fibrilación auricular .

La rotablación es un tipo de limpieza arterial que consiste en insertar un pequeño dispositivo con punta de diamante, similar a un taladro, en la arteria afectada para eliminar depósitos de grasa o placa. Este procedimiento se utiliza en el tratamiento de la cardiopatía coronaria para restablecer el flujo sanguíneo.

La ablación por microondas (MWA) es similar a la ablación por radiofrecuencia (RFA), pero utiliza frecuencias más altas de radiación electromagnética.

La ablación por ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU) elimina tejido del interior del cuerpo de forma no invasiva.

La ablación de médula ósea es un proceso mediante el cual se eliminan las células de la médula ósea humana como preparación para un trasplante de médula ósea . Esto se realiza mediante quimioterapia de alta intensidad e irradiación corporal total . Por lo tanto, no guarda relación con las técnicas de vaporización descritas en el resto de este artículo.

La ablación de tejido cerebral se utiliza para tratar ciertos trastornos neurológicos , en particular la enfermedad de Parkinson , y a veces también para trastornos psiquiátricos .

Recientemente, algunos investigadores informaron resultados exitosos con la ablación genética. En particular, la ablación genética es potencialmente un método mucho más eficiente para eliminar células no deseadas, como las células tumorales , ya que se podrían generar grandes cantidades de animales que carecen de células específicas. Las líneas genéticamente ablacionadas pueden mantenerse durante un período prolongado y compartirse dentro de la comunidad científica. Investigadores de la Universidad de Columbia informan sobre caspasas reconstituidas combinadas de C. elegans y humanos, que mantienen un alto grado de especificidad de objetivo. Las técnicas de ablación genética descritas podrían resultar útiles en la lucha contra el cáncer. ^{[ 3 ]}

La electroablación es un proceso que elimina material de una pieza metálica para reducir la rugosidad de la superficie .

La electroablación rompe superficies de óxido altamente resistentes, como las que se encuentran en el titanio y otros metales y aleaciones exóticas, sin fundir el metal o aleación subyacente no oxidado. Esto permite un acabado superficial muy rápido.

Este proceso permite obtener acabados superficiales para una amplia gama de metales y aleaciones exóticos y de uso común, entre los que se incluyen: titanio, acero inoxidable, niobio, cromo-cobalto, Inconel , aluminio y una variedad de aceros y aleaciones ampliamente disponibles.

La electroablación es muy eficaz para lograr altos niveles de acabado superficial en agujeros, valles y superficies ocultas o internas de piezas metálicas.

Este proceso es especialmente aplicable a componentes fabricados mediante manufactura aditiva, como los metales impresos en 3D. Estos componentes suelen presentar niveles de rugosidad superiores a 5-20 micras. La electroablación permite reducir rápidamente la rugosidad superficial a menos de 0,8 micras, lo que posibilita el uso del postprocesamiento para el acabado superficial en la producción en serie.

En glaciología y meteorología , la ablación —lo opuesto a la acumulación— se refiere a todos los procesos que eliminan nieve, hielo o agua de un glaciar o campo de nieve. ^{[ 4 ]} La ablación se refiere al derretimiento de la nieve o el hielo que se escurre del glaciar, la evaporación , la sublimación , el desprendimiento de icebergs o la eliminación erosiva de la nieve por el viento. La temperatura del aire suele ser el principal factor que controla la ablación, mientras que la precipitación ejerce un control secundario. En un clima templado durante la temporada de ablación, las tasas de ablación suelen promediar alrededor de 2  mm/h. ^{[ 5 ]} Cuando la radiación solar es la causa principal de la ablación de la nieve (por ejemplo, si las temperaturas del aire son bajas bajo cielos despejados), pueden desarrollarse texturas de ablación características, como copas solares y penitentes, en la superficie de la nieve. ^{[ 6 ]} La ablación puede referirse a la pérdida de masa de la superficie superior de un glaciar o al derretimiento impulsado por el océano y al desprendimiento de icebergs en la cara del frente de un glaciar. ^{[ 7 ]}

La ablación puede referirse tanto a los procesos de eliminación de hielo y nieve como a la cantidad de hielo y nieve eliminada.

También se ha demostrado que los glaciares cubiertos de escombros influyen considerablemente en el proceso de ablación. Existe una fina capa de escombros que puede ubicarse en la superficie de los glaciares e intensificar el proceso de ablación bajo el hielo. Las partes cubiertas de escombros de un glaciar que experimenta ablación se dividen en tres categorías: acantilados de hielo, lagunas y escombros. Estas tres secciones permiten a los científicos medir y calcular el calor absorbido por el área cubierta de escombros. Los cálculos dependen del área y de la cantidad neta de calor absorbido en relación con todas las zonas cubiertas de escombros. Este tipo de cálculos se realizan en diversos glaciares para comprender y analizar los patrones futuros de fusión. ^{[ 8 ]}

La morrena (detritos glaciares) se desplaza mediante procesos naturales que permiten el movimiento ladera abajo de los materiales en el cuerpo del glaciar. Cabe destacar que si la pendiente de un glaciar es demasiado pronunciada, los detritos continuarán desplazándose a lo largo del glaciar hacia una ubicación más alejada. El tamaño y la ubicación de los glaciares varían en todo el mundo, por lo que, dependiendo del clima y la geografía física, la variedad de detritos puede diferir. El tamaño y la magnitud de los detritos dependen del área del glaciar y pueden variar desde fragmentos del tamaño de polvo hasta bloques tan grandes como una casa. ^{[ 9 ]}

Se han realizado numerosos experimentos para demostrar el efecto de los detritos en la superficie de los glaciares. Yoshiyuki Fujii, profesor del Instituto Nacional de Investigación Polar , diseñó un experimento que demostró que la tasa de ablación se aceleraba bajo una capa delgada de detritos y se ralentizaba bajo una gruesa, en comparación con la de una superficie de nieve natural. ^{[ 10 ]} Esta ciencia es importante debido a la relevancia de la disponibilidad a largo plazo de recursos hídricos y a la necesidad de evaluar la respuesta de los glaciares al cambio climático . ^{[ 11 ]} La disponibilidad de recursos naturales es un factor determinante en la investigación sobre el proceso de ablación y el estudio general de los glaciares.

La ablación láser se ve muy afectada por la naturaleza del material y su capacidad de absorber energía; por lo tanto, la longitud de onda del láser de ablación debe tener una profundidad de absorción mínima. Si bien estos láseres pueden tener una potencia promedio baja, pueden ofrecer una intensidad y fluencia máximas dadas por:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\text{Intensidad }}(\mathrm {W} /\mathrm {cm} ^{2})&={\frac {{\text{potencia promedio }}(\mathrm {W} )}{{\text{área del punto focal }}(\mathrm {cm} ^{2})}}\\[5pt]{\text{Intensidad máxima }}(\mathrm {W} /\mathrm {cm} ^{2})&={\frac {{\text{potencia máxima }}(\mathrm {W} )}{{\text{área del punto focal }}(\mathrm {cm} ^{2})}}\\[5pt]{\text{Fluencia }}(\mathrm {J} /\mathrm {cm} ^{2})&={\frac {{\text{energía del pulso láser }}(\mathrm {J} )}{{\text{área del punto focal }}(\mathrm {cm} ^{2})}}\end{aligned}}}$

mientras que la potencia máxima es

${\displaystyle {\text{Peak power }}(\mathrm {W} )={\frac {{\text{pulse energy }}(\mathrm {J} )}{{\text{pulse duration }}(\mathrm {s} )}}}$

La ablación superficial de la córnea para diversos tipos de cirugía refractiva ocular es ahora común, utilizando un sistema láser excimer ( LASIK y LASEK ). Dado que la córnea no se regenera, el láser se utiliza para remodelar sus propiedades refractivas y corregir errores de refracción como el astigmatismo , la miopía y la hipermetropía . La ablación láser también se utiliza para eliminar parte de la pared uterina en mujeres con problemas menstruales y adenomiosis , en un proceso denominado ablación endometrial .

Los investigadores han demostrado una técnica exitosa para la ablación de tumores subsuperficiales con un daño térmico mínimo al tejido sano circundante, mediante el uso de un haz láser enfocado de una fuente láser de diodo de pulsos ultracortos. ^{[ 12 ]}

Las pinturas antiincrustantes y otros recubrimientos similares se utilizan habitualmente para prevenir la acumulación de microorganismos y otros animales, como percebes, en las superficies inferiores del casco de embarcaciones recreativas, comerciales y militares. Con este fin, se suelen emplear pinturas ablativas para evitar la dilución o desactivación del agente antiincrustante. Con el tiempo, la pintura se descompone lentamente en el agua, exponiendo nuevos compuestos antiincrustantes en la superficie. La optimización de los agentes antiincrustantes y la tasa de ablación permite obtener una protección duradera contra los efectos nocivos de la bioincrustación.

Los productos ignífugos y de protección contra incendios pueden ser ablativos. Esto puede referirse a materiales endotérmicos o, simplemente, a materiales que se sacrifican y se desgastan con el tiempo al estar expuestos al fuego , como los productos ignífugos de silicona . Tras un tiempo suficiente bajo condiciones de fuego o calor, estos productos se carbonizan, se desmoronan y desaparecen. El objetivo es colocar suficiente material frente al fuego para mantener un nivel de resistencia al fuego , como se demuestra en una prueba de fuego . Los materiales ablativos suelen tener una alta concentración de materia orgánica que se reduce a cenizas con el fuego. En el caso de la silicona, el caucho orgánico rodea polvo de sílice finamente dividido (hasta 380 m² ^de superficie combinada de todas las partículas de polvo por gramo de este polvo ). Cuando el caucho orgánico se expone al fuego, se quema hasta convertirse en cenizas y deja atrás el polvo de sílice con el que se fabricó el producto.

Los discos protoplanetarios son discos circunestelares giratorios de gas y polvo densos que rodean a estrellas jóvenes recién formadas . Poco después de la formación estelar , las estrellas suelen tener material circundante residual que aún está ligado gravitacionalmente a ellas, formando discos primitivos que orbitan alrededor del ecuador estelar, de forma similar a los anillos de Saturno . Esto ocurre porque la disminución del radio del material protoestelar durante la formación aumenta el momento angular , lo que significa que este material restante se comprime formando un disco circunestelar aplanado alrededor de la estrella. Este disco circunestelar puede eventualmente madurar hasta convertirse en lo que se conoce como disco protoplanetario: un disco de gas, polvo, hielo y otros materiales a partir del cual pueden formarse sistemas planetarios . En estos discos, la materia en órbita comienza a acumularse en el plano medio más frío del disco a partir de granos de polvo y hielos que se adhieren entre sí. Estas pequeñas acumulaciones crecen desde guijarros a rocas, luego a planetas jóvenes, llamados planetesimales , después a protoplanetas y, finalmente, a planetas completos . ^{[ 13 ]}

Como se cree que las estrellas masivas pueden desempeñar un papel en el desencadenamiento activo de la formación estelar (al introducir inestabilidades gravitacionales, entre otros factores), ^{[ 14 ]} es plausible que las estrellas jóvenes y más pequeñas con discos puedan vivir relativamente cerca de estrellas más antiguas y masivas. Esto ya se ha confirmado mediante observaciones en ciertos cúmulos , por ejemplo, en el cúmulo del Trapecio . ^{[ 15 ]} Dado que las estrellas masivas tienden a colapsar a través de supernovas al final de sus vidas, la investigación ahora está investigando qué papel jugaría la onda expansiva de tal explosión, y el remanente de supernova (SNR) resultante, si ocurriera en la línea de fuego de un disco protoplanetario. Según simulaciones modeladas computacionalmente, un SNR que impacte un disco protoplanetario resultaría en una ablación significativa del disco, y esta ablación arrancaría una cantidad significativa de material protoplanetario del disco, pero no necesariamente destruiría el disco por completo. ^{[ 16 ]} Este es un punto importante porque un disco que sobrevive a tal interacción con suficiente material restante para formar un sistema planetario puede heredar una química de disco alterada de la remanente de supernova, lo que podría tener efectos en los sistemas planetarios que se formen posteriormente.

En el diseño de naves espaciales , la ablación se utiliza para enfriar y proteger componentes mecánicos y/o cargas útiles que, de otro modo, se dañarían por temperaturas extremadamente altas. Dos aplicaciones principales son los escudos térmicos para naves espaciales que entran en la atmósfera de un planeta desde el espacio y la refrigeración de las toberas de los motores de cohetes . Algunos ejemplos son el Módulo de Comando Apolo , que protegía a los astronautas del calor de la reentrada atmosférica, y el motor de cohete de segunda etapa Kestrel , diseñado para su uso exclusivo en el vacío del espacio, ya que no es posible la convección de calor .

En esencia, el material ablativo está diseñado para que, en lugar de que el calor se transmita a la estructura de la nave espacial, solo la superficie exterior del material soporte la mayor parte del efecto de calentamiento. Para ello se utilizan cerámicas . ^{[ 17 ]} La superficie exterior se carboniza y se quema, pero muy lentamente, exponiendo gradualmente un nuevo material protector fresco debajo. El calor es transportado lejos de la nave espacial por los gases generados por el proceso ablativo y nunca penetra en el material de la superficie, por lo que las estructuras metálicas y otras estructuras sensibles que protegen permanecen a una temperatura segura. A medida que la superficie se quema y se dispersa en el espacio, el material sólido restante continúa aislando la nave del calor constante y de los gases sobrecalentados. ^{[ 17 ]} El espesor de la capa ablativa se calcula para que sea suficiente para soportar el calor que encontrará durante su misión.

Existe toda una rama de la investigación de vuelos espaciales que implica la búsqueda de nuevos materiales ignífugos para lograr el mejor rendimiento ablativo; esta función es fundamental para proteger a los ocupantes de la nave espacial y la carga útil de una carga térmica excesiva. ^{[ 18 ]} La misma tecnología se utiliza en algunas aplicaciones de protección pasiva contra incendios , en algunos casos por los mismos proveedores, que ofrecen diferentes versiones de estos productos ignífugos, algunos para la industria aeroespacial y otros para la protección estructural contra incendios .

• quemaduras por arco eléctrico
• Armadura ablativa

• Peeling químico . Sociedad Americana de Cirugía Dermatológica.
• Cirugía ocular con láser LASIK . Información de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU.
• Física de la ablación láser