Con pinzas de luz láser


Solo quien intenta lo absurdo consigue lo imposible
Maurits Cornelis Escher

¿Cómo atrapar bacterias vivas sin dañarlas? Hoy en día, los investigadores de centros avanzados responden sin dudar: con láseres. Esta aplicación de la maravillosa luz “amplificada por emisión estimulada de radiación”, como reza el acrónimo, pudo materializarse en la parte final del siglo XX gracias a los trabajos pioneros del neoyorquino Arthur Ashkin quien, en 1987, consiguió atrapar células vivas sin infligirles daños con unas “herramientas hechas de luz”.

La capacidad de la luz de gobernar el movimiento de los objetos es sospechada desde hace algunos siglos. Ya en el siglo XVII, Johannes Kepler apuntaba que la cola de los cometas podría estar formada por efecto de la presión de los rayos solares. Aunque errónea, esta conclusión no era descabellada. Los desarrollos posteriores de la física que desembocaron en las teorías del electromagnetismo y la mecánica cuántica ratificaron que la dualidad corpúsculo-onda de la energía luminosa se traduce en que los fotones, “partículas de luz”, ejercen presión sobre la materia y condicionan su evolución en el espacio-tiempo. Hizo falta que la tecnología aprendiera a generar haces cuasimonocromáticos, coherentes y perfectamente enfocados, en forma de luz láser, para que esta posibilidad diera paso a una herramienta plausible para confinar y guiar la materia.

Las pinzas ópticas llevan varias décadas perfeccionándose en los laboratorios de biología y nanociencias. Desde sus primeros balbuceos en los años setenta del siglo pasado han conseguido asir objetos cada vez más diminutos. Los modelos más rudimentarios actuaban a modo de trampas ópticas, donde haces luminosos enfocados en una zona de tamaño minúsculo creaban un gradiente de potencial y atraían la materia hacia el foco del haz, donde la intensidad es máxima. La graduación de las características de dicho haz permite ir desplazando la trayectoria de la partícula hacia donde el investigador desee. A efectos prácticos, el láser ultraenfocado con generación de gradiente “captura” la partícula y la transporta en la dirección que convenga, como si se tratara de unas pinzas mecánicas.

La manipulación limpia de muestras biológicas, ya sean bacterias, virus, proteínas o fragmentos de ADN, es una de las aplicaciones más espectaculares de esta técnica, pero no la única. Las pinzas ópticas se utilizan en el estudio de la propia luz o en numerosos experimentos con geles, coloides y otros materiales. También han ayudado a descifrar misterios de la biología, como el funcionamiento de los motores moleculares que catalizan reacciones dentro de las células (las kinesinas). El muestrario de aplicaciones es cada vez más amplio, y no deja de crecer. A la vista del éxito, la pionera perspicacia de Arthur Ashkin fue reconocida en 2018 con el Premio Nobel de física.

Referencias:
Arthur Ashkin recibió el Premio Nobel de 2018 por sus contribuciones a las pinzas ópticas (https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2018/ashkin/facts/). Los mexicanos Karen Volke, Ibis Ricárdez y Rubén Ramos han escrito un artículo explicativo de gran interés con el título “Pinzas ópticas: las delicadas manos de la luz” (revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/58_4/PDF/05-465-18-25.pdf). En YouTube se muestran ejemplos y simulaciones sobre el funcionamiento de las pinzas ópticas (a modo de ejemplo, puede consultarse un vídeo educativo en la dirección https://www.youtube.com/watch?v=mnbhoTKGzPI). En otros vídeos (por ejemplo, https://www.youtube.com/watch?v=HbFZUaaMwDY) se abordan aspectos más técnicos de estas capacidades.