Pedro A. Quinto Su, responsable y fundador del Laboratorio de Óptica Aplicada del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM, logró que una partícula esférica de entre una y tres micras de diámetro (más pequeña que un glóbulo rojo, que mide entre seis y ocho micras) suspendida en agua funcione como un pistón que se mueve debido a pequeñas explosiones de vapor y a la acción de un rayo láser.
“Por medio de haces de luz enfocados, manipulamos esferas microscópicas –100 veces más pequeñas que el ancho de un cabello humano– suspendidas en agua, que son desplazadas por explosiones y fuerzas ópticas”, explicó el universitario.
Esta innovación es una estructura no perceptible a simple vista, cuyo funcionamiento es semejante al de un motor, pero que utiliza luz en vez de combustible, expuso.
Gracias a este trabajo, ahora se sabe que es posible producir movimiento con el uso del principio de expansión y contracción de los gases, a una escala pequeña.
A finales del siglo XVIII las máquinas de vapor cambiaron nuestras vidas, al iniciar la Revolución Industrial. La capacidad de producir movimiento a partir de la combustión de carbón o leña fue la base para desarrollar los motores que se utilizan hoy día. Actualmente, aquéllas se emplean sobre todo para hacer girar turbinas que convierten el movimiento en electricidad que usamos en la vida cotidiana.
Para lograr algo similar a escala micrométrica, el funcionamiento del pequeño motor de Quinto Su se basa en un principio al que comúnmente se recurre para atrapar objetos microscópicos con luz: las pinzas ópticas.
Éstas permiten utilizar la luz para atraer objetos muy pequeños (como células, organelos u otras estructuras microscópicas) hacia el punto donde se enfoca un rayo láser, sostenerlos y luego desplazarlos hacia donde se desee, indicó el investigador, cuya innovación fue publicada en la revista Nature Communications.
Para que una pinza óptica funcione de forma adecuada, los objetos que se quieren sostener deben ser completamente transparentes, es decir, que no absorban luz, de modo que lo que los lleva hacia el foco del láser y luego los mantiene quietos en ese lugar, es el cambio de dirección de la luz al atravesarlos.
Las pequeñas esferas que emplea el universitario tienen la peculiaridad de ser parcialmente opacas, así que absorben luz en pequeñas cantidades, lo que incrementa su temperatura. Por esta razón, además de ser atraídas hacia el punto donde el láser se enfoca, también experimentan un calentamiento gradual a medida que se acercan al foco, lo que a su vez calienta el agua que las rodea.
De este modo, al acercarse al punto de mayor intensidad, la pequeña esfera está tan caliente que provoca la evaporación espontánea del líquido que está en contacto con su superficie, así que se produce una micro explosión de vapor que empuja a la esfera lejos del foco, a una región donde la temperatura es mucho menor y donde el láser la atrae una vez más. Así que ésta comienza a acercarse de nuevo al lugar más intenso, se vuelve a calentar y se repite el proceso.
Dicho de otro modo, la micro esfera es similar a un émbolo que sube y baja por el láser, que a su vez actúa como la camisa del pistón.
“La investigación en el tema de motores microscópicos es relativamente reciente y es un tema de interés general. En nuestro caso, hasta donde sé, el motor que creamos es el más pequeño en el mundo que funciona con expansión de gas”, subrayó.
Al referirse a las perspectivas de esta indagación, Quinto Su señaló que el procedimiento podría implementarse para interactuar con células, inyectarles moléculas o destruirlas, o para otras aplicaciones donde se requiera generar movimiento a escalas microscópicas.
Incluso puede usarse como una microbomba para producir un flujo de líquido. “Habrá que esperar a ver qué usos le da la comunidad científica a este desarrollo. Nosotros seguimos avanzando y esperamos tener alguna aplicación a corto plazo”, concluyó.
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