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El deslumbrante caminar de la luz en la manipulación de objetos


Cada mañana, al despertar, la primera imagen que reciben nuestros ojos proviene de la luz del amanecer, esa misma escena que hermosamente nos heredó Claude Monet en su obra Soleil levant (Sol naciente). Es esa maravillosa primera interacción de nuestros ojos con la luz la que nos anuncia el inicio de nuestro día, conforme el reloj avanza, nos vamos enfocando en nuestras actividades y pendientes diarios hasta olvidarnos del gozo que nos provocó ese primer contacto con la luz del amanecer. Tomamos un baño, bebemos nuestra taza de café, enviamos mensajes, realizamos una llamada, revisamos el correo, salimos de nuestro hogar rumbo a nuestros trabajos, y avanzamos en nuestro día. Usualmente, volvemos a ser conscientes de la presencia de la luz que recibimos hasta que en el horizonte admiramos el ocaso y sus asombrosas tonalidades naranjas. Ahí, en el horizonte, pareciera que la luz se detiene, como si fuera estática, como si nos contemplara como nosotros a ella. El reloj continúa avanzando y la noche nos alcanza vistiendo al firmamento de frac, mostrándonos su majestuosa inmensidad a través de la luz de sus estrellas, esa inmensidad que magistralmente plasmó Van Gogh en su obra De Sterrennacht (La noche estrellada). Sin embargo, esa luz que reciben nuestros ojos tiene millones de años viajando, incansable e imparable, recorriendo distancias inimaginables hasta encontrarse con nuestra retina.

Al igual que la luz, la humanidad ha mostrado su incansable e imparable ímpetu desarrollando y perfeccionando día a día una mejor comprensión del comportamiento de la luz, que dependiendo las circunstancias se puede comportar como onda o como partícula. Es este entendimiento de la luz el que nos ha conducido a desarrollar aplicaciones que hace años solo formaban parte en la ciencia ficción. Este tremendo avance se debe en gran medida al desarrollo del láser en los años sesenta, un diminuto haz de luz que día a día gratamente nos sorprende por sus innumerables aplicaciones. La presencia del láser nos ha permitido expandir el de por sí ya amplio espectro de aplicaciones de la luz. Tal vez una de las escenas más surrealistas que hemos visto en la pantalla grande tiene que ver con la “abducción” de nuestra especie por extraterrestres. Esta escena implica que un haz de luz puede “capturar y transportar” a un ser humano, si bien esto aún no es posible, en el mundo nano y microscópico si lo es. Con la luz podemos capturar y manipular objetos microscópicos gracias a la invención de las pinzas ópticas introducidas por el premio nobel de física 2018, Arthur Ashkin.

Las pinzas ópticas basan su funcionamiento en los fenómenos de reflexión y refracción de la luz. Cuando un haz de luz incide sobre la superficie de un objeto, parte de su energía es reflejada, otra parte puede ser absorbida y transformada en calor, mientras que el resto de la energía atraviesa el objeto, logrando emerger, pero con un cambio en su dirección de propagación, refracción. Este cambio en la dirección y velocidad del haz de luz implica un cambio en el momento lineal de los fotones, generando fuerzas de atracción y empuje que actúan sobre los objetos.

La evolución de las pinzas ópticas ha permitido capturar y manipular no solo partículas dieléctricas/metálicas, sino también material orgánico como células, ADN, bacterias, microorganismos, átomos, entre otros.

Sin embargo, las capacidades de las pinzas ópticas palidecen ante ciertos objetos como son las burbujas. Esto debido a que la refracción de la luz producida por el vapor/gas que conforman las burbujas ahora ejerce fuerzas de repulsión. Es difícil imaginar que una burbuja, un diminuto y común objeto, pueda involucrar una enorme cantidad de procesos detrás de su generación, captura y manipulación. Las burbujas de aire o vapor, omnipresentes en nuestra vida cotidiana, ofrecen un amplio abanico de aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la tecnología.

Las burbujas son piedra angular en dispositivos médicos como la inyección de fármacos sin aguja y sin dolor (needle-free drug delivery), como agente de contraste en ultrasonidos, para la destrucción de piedras en riñones (litotricia). Adicionalmente, la superficie de las burbujas puede actuar como medio de transporte para microorganismos de gran tamaño y a mayor escala; además, las burbujas ofrecen estupendas soluciones dentro de sistemas microfluídicos para la generación y control del flujo, litografía, entre otros.

Profesor investigador de la UPT

Julio A. Sarabia



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