Boletín UNAM-DGCS-152
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Como una película de ciencia ficción, hoy es posible mover objetos a
distancia. Los adelantos en física han permitido el uso de la luz para capturar
materia y transportarla a una escala microscópica, incluso para cortar tejido
vivo.
Aunque desde hace un siglo se supo que existía fuerza en la radiación,
no fue sino hasta 1970 cuando se realizaron experimentos que posibilitaron
comprenderla. “La luz ejerce presión sobre la materia y transmite momento
(capacidad de modificar el movimiento –dirección y/o rapidez– de un objeto en
un proceso de interacción)”, explicó la encargada del Laboratorio de Pinzas
Ópticas del Instituto de Física de
La luz puede modificar el movimiento, pero ese fenómeno sólo es
perceptible con objetos sumamente pequeños; aquélla se forma por un número
considerable de pequeñas partículas llamadas fotones, que se trasladan como un
flujo en la dirección en que se propagan.
La fuerza que ejerce la radiación solar es imperceptible para la
sensibilidad humana y no se siente porque es, aproximadamente, 100 mil millones
de veces menor que la presión atmosférica, acotó.
Si la luz incide sobre una bola de billar, ésta no se desplazará por la
influencia de aquélla, pues no tiene la suficiente intensidad para vencer la
inercia del objeto; pero si un haz de rayo láser hace presión sobre una esfera
de látex de unas cuantas micras de diámetro, entonces podrá empujarla e incluso
alterar el curso.
“Es posible mover la materia con ella porque los fotones llevan momento,
que es alterado cuando un átomo emite o absorbe energía. Asimismo, cuando una
micropartícula hace que un haz modifique su trayectoria de propagación como
resultado de la refracción o de la reflexión, éste también ejercerá una fuerza
sobre ella”, indicó la investigadora.
Al analizar el efecto del rayo láser sobre la esfera de látex, se
observó que, además de empujar a la partícula a lo largo de su ruta, fue
atraída a la parte central de la sección transversal del haz, donde la
intensidad es mayor. Entonces, abundó, las variaciones locales en la fuerza de
la luz pueden producir una especie de presión negativa que, en lugar de mover
la materia, es capaz de atraparla en los puntos de máxima fuerza.
Descubrimiento fortuito
Desde los primeros años del siglo XX, se intentó medir la presión de la
radiación (capacidad de la luz para ejercer presión en la materia), pero se
requerían instrumentos extremadamente sensibles que la tecnología de la época
no podía construir.
En 1970, después del desarrollo del rayo láser (fuente de luz que
concentra grandes cantidades de energía en un área pequeña), Arthur Ashkin
descubrió esa particularidad. Trabajó con objetos ligeros como bolas de látex
de una a cinco micras de diámetro (el de un cabello humano es de entre 50 y 100
micras), para percibir el fenómeno.
El físico estadounidense esperaba empujar las esferas con el haz, y lo
consiguió, pero también se percató que eran atraídas hacia el centro. Poco
después realizó un experimento con dos rayos, uno a cada lado, y capturó el
objeto en un punto donde se equilibraba la presión de ambos. Así fue como se
logró, por primera vez, atrapar una partícula únicamente con luz.
Pinzas ópticas
Las llamadas pinzas ópticas están conformadas por un solo haz de rayo
láser fuertemente enfocado, que produce una región de intensidad máxima y con
la energía suficiente para atrapar una partícula y mantenerla inmóvil en el
punto de enfoque.
Desde entonces se han desarrollado otros inventos como las tijeras
ópticas y los bisturís láser, que podrían convertirse en las principales
herramientas de la biotecnología y la nanotecnología.
“Sus aplicaciones eran limitadas, sólo las utilizaban los físicos para
entender nuevos aspectos de la interacción de la luz con la materia”, señaló Volke.
Pero se percataron que otros cuerpos, que medían desde fracciones hasta
decenas de micra, como células, bacterias y virus, podían ser atrapados. Así,
en la década de los 90 se decidió aprovechar las pinzas ópticas para ese fin.
No obstante, eran atraídos hacia el punto focal del haz y morían de
inmediato porque se utilizaba luz verde, que daña la materia biológica por su absorción;
entonces la cambiaron por infrarroja para capturarlas sin perjuicio, abundó.
“Este instrumento permite hacer microdisecciones y microcirugías en
células u organelos, y retirar las no deseadas y, en inseminación asistida, como
la colocación de un espermatozoide en un óvulo”, apuntó.
En microcirugía celular se utilizan pinzas ópticas en combinación con
escalpelos ópticos (pulsos láser o balas de luz de alta frecuencia, de color
azul o violeta) que hacen posible penetrar la pared celular o cortar material
biológico en puntos localizados, sin causar daño a su alrededor.
Hoy en día, con la incorporación de otros tipos de haces de luz, se cuenta
con técnicas de manipulación óptica avanzadas. “Las aplicaciones son cada día
más numerosas y abarcan áreas multidisciplinarias y de ahí, la importancia de
impulsar su empleo en el país”, dijo.
En el Laboratorio se desarrollan y perfeccionan técnicas mediante la
incorporación de otro tipo de tecnologías que permiten redistribuir la luz y
formar esquemas de regiones brillantes y oscuras, en las que se pueden atrapar rotar
o separar partículas, de acuerdo con su tamaño o forma”, concluyó.
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FOTO 01.
Karen Volke,
encargada del Laboratorio de Pinzas Ópticas del IF de