El control de las moléculas mueve el mundo hoy

Con la aparición del láser en 1916, gracias a los fundamentos de Albert Einstein, los científicos comenzaron a estudiar la aplicación de este dispositivo de luz controlada en la manipulación de moléculas.

Aunque continúa su desarrollo, hoy se prevé que su uso pueda aplicarse en la creación de energías renovables, la detección de enfermedades como el cáncer y el aumento de las velocidades de transmisión de datos.

Si bien se piensa que el desarrollo de las ciencias físicas y químicas tiene como máxima la producción nuclear, la actualidad de estas áreas se enfoca en la investigación de mecanismos que permitan su desarrollo en industrias como la farmacéutica, médica e informática, a partir de la creación de nuevos materiales y la manipulación molecular. Tales desarrollos ya son una realidad y sus posibles aplicaciones van en aumento, aseguraron científicos durante el curso Propiedades Electrónicas de Sistemas Complejos, realizado hace poco por la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos y la Universidad Nacional de Colombia.

En el evento, los 51 participantes, entre estudiantes de doctorado y reconocidos físicos y químicos de todo el mundo, discutieron los principales avances en temas como la transferencia de energía, el control molecular, el uso de láseres y la creación de energía, entre otros. “La idea es hacer una sinergia entre experimentación y teoría. Los científicos empíricos hacen sus pruebas de ensayo y error sobre nuevos materiales, mientras que los teóricos los caracterizan y formulan posibles predicciones”, aseguró Alejandro Perdomo, estudiante de doctorado de la Universidad de Harvard.

Con el control molecular a través de ondas de sonido se mejora la tecnología del láser, pasando de escalas micro a nanoscópicas.

El mayor avance científico

Hoy, el control molecular es considerado como el más grande desarrollo de la ciencia. Como concepto se ha incluido en la química, en la mecánica cuántica y en la física, y busca manipular la materia a nivel atómico molecular. Para ello se utilizan los láseres, que por sus características (frecuencias y longitudes ajustables), facilitan un trabajo controlado. “Lo importante es comprender las propiedades naturales de los materiales y crear mecanismos para que las partículas se modifiquen”, explicó el doctor en Física Alejandro Fainstein, quien con su grupo de investigación ya inició la aplicación del control molecular.

“Trabajamos en el diseño de reductores del riesgo que generan pesticidas como el glifosato, a partir de capas de moléculas que funcionan como anticuerpos y capturan a otras que puedan resultar nocivas. El láser nos permite identificarlas y determinar si hay peligro”, comentó el físico.

La estrategia, que se desarrolla actualmente en el Centro Atómico de Bariloche (Argentina), podría aplicarse a otros campos en los que la detección y control molecular son de vital importancia. “Por ejemplo, hay cánceres que se manifiestan primero por la aparición de moléculas destructivas en el cuerpo, así que se podrían detectar tempranamente e incluso tratarse antes de que se forme el tumor”, advirtió el investigador.

Los nuevos materiales

La necesidad de crear nuevas formas de energía que reduzcan la producción de contaminantes y materiales o cadenas moleculares complejas ha motivado entre los científicos la comprensión de procesos efectivos de captación de energía y luz. Uno de los ejemplos más eficientes es la fotosíntesis, con una efectividad del 99%. “Se busca crear un material capaz de imitar la fotosíntesis, para que la luz entre en él y genere energía a partir de la excitación de los electrones”, dijo Perdomo.

Al crear nuevos materiales es necesaria la comprensión de las moléculas y su comportamiento natural, según explicó Fainstein: “Fabricar acero es mezclar algunos metales a ciertas temperaturas y esperar que naturalmente las moléculas se mezclen. Para hacer nuevos materiales se debe ordenar la unión de moléculas midiéndolas con la luz del láser. Se toma un cristal con una capa muy delgada de oro, el cual tiene una absorción de luz en una frecuencia muy específica; cuando sobre este mineral se pega algo, la frecuencia se corre, entonces lo que hacemos es mirar esa variación para saber en qué momento las moléculas se van pegando. Si variamos las frecuencias, podemos controlar el proceso”, señaló.

Mientras los científicos buscan con esta manipulación molecular interesar a industrias como la farmacéutica, con el fin de financiar sus investigaciones, continúan analizando nuevas aplicaciones que puedan tener implicaciones tan importantes como el cambio del sistema binario, actualmente utilizado en las comunicaciones.

“Estamos haciendo algo parecido para crear sonido mono-tono, que hace que los sólidos vibren a altísimas frecuencias. Actualmente, las tecnologías que utilizan los láseres se miden en el orden de los gigahercios y no hay una perspectiva de ampliación. Con este diseño habría una manera de producir una frecuencia mil veces más alta, y eso, en principio, serviría para codificar información a una velocidad muy superior, cercana a los terahercios”, sostuvo el científico.

Aunque en la práctica los procesos ya se están ejecutando, la evolución de estos procedimientos ha generado la necesidad de formular nuevas teorías que permitan comprender su funcionamiento.

“Los sistemas que estudiamos son muy pequeños: nanopartículas (aproximadamente una millonésima parte del grueso de un cabello), por lo que la descripción de estas reacciones se formula con ecuaciones de mecánica cuántica. Ahora el reto es encontrar aproximaciones y trucos para simplificar dichas ecuaciones y lograr que los procesos se puedan describir con los ordenadores que existen en la actualidad”, agregó el químico teórico Alberto Castro.

Se espera que con la experiencia de teóricos y prácticos, la aplicación de estos métodos pueda ejecutarse en el menor tiempo posible.

Fuente: Agencia de noticias unal.edu.co