Nanopartículas inteligentes para estímulos de luz

¿Podemos diseñar algo complejo y preciso en escalas de nanómetros? ¿Podemos observarlo y manipularlo mientras funciona? Éstas parecen ser las preguntas que nos planteamos cuando pensamos en el diseño de partículas muy pequeñas sensibles a estímulos de luz altamente selectivos.

Nuestro equipo utilizó confinadores de luz, llamados puntos cuánticos, y conversores de luz en calor como son las nanopartículas de oro, para que se comunicasen en distancias de unos pocos nanómetros sobre plataformas submicrométricas que cambian de tamaño en función de la temperatura. Lo que hemos diseñado permite detectar radiación electromagnética de una determinada longitud de onda y traducirla en una respuesta mecánica. Específicamente, si la radiación electromagnética estimuladora incide en las plataformas, éstas se contraen como esponjas que se secan. El proceso se detecta porque los puntos cuánticos atrapan la radiación inicial y la re-emiten a una longitud de onda diferente de la inicial. A su vez, las partículas de oro actúan como nano-estufas: emiten calor localmente, imperceptible para nosotros pero perceptible para las plataformas sobre las que residen. Tan perceptible, que la pequeña cantidad de calor liberada las contrae drásticamente. Este proceso se activa al instante, en nanosegundos, lo cual es importante si queremos construir dispositivos de rápida respuesta.

Si el diseño de un dispositivo inteligente y pequeño es ya una tarea compleja, no lo es menos el poder caracterizarlo, una cuestión tecnológica que sólo habitaba hasta hace poco en los guiones de cine. La óptica ha contribuido al desarrollo de sistemas de manipulación que en vez de utilizar contacto mecánico, como instintivamente realiza el ser humano al juntar su pulgar con su índice, utilizan luz láser altamente concentrada, para atrapar a la manera de guante de béisbol. A esta técnica se la conoce como pinzas ópticas, y permite entre otras cosas, jugar con objetos extremadamente delicados y pequeños como son el ADN y las proteínas, o las células y sus componentes interiores. Nuestro equipo de IMDEA Nanociencia en colaboración con el Centro Nacional de Biotecnología, CSIC, ha adoptado esta estrategia para manipular las plataformas termo-contráctiles. En este caso, conseguimos que el propio láser que usamos para generar la pinza óptica sirviera como fuente de estimulación de las nanopartículas.

¿Qué radiación es la deseada o nociva para nosotros o para algún otro aparato en el que necesitemos integrar sistemas de vigilancia? Puede que haya muy poco espacio para almacenar sensores con respuesta precisa y rápida. El sistema que hemos diseñado y publicado recientemente en Nano Letters sugiere una estrategia para satisfacer este tipo de requerimientos. ¿Podemos integrar en chips de diagnóstico, como los que ya existen en aparatos para tests individuales de glucosa en sangre, sensores de radiación perniciosa? ¿Podemos integrarlos en nuestras células? La capacidad de respuesta de estos sistemas ha sido demostrada en solución acuosa, lo cual permite especular por su integrabilidad en sistemas biológicos o, al menos, su aplicabilidad como herramienta de investigación en células.

J. Ricardo Arias González, Silvia Hormeño y Beatriz H. Juárez son investigadores del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia.