“Las pinzas ópticas pueden beneficiar la investigación en células solares”

La Academia de Ciencias Sueca ha concedido este martes, 2 de octubre, el premio Nobel de Física 2018 a tres científicos: Arthur Ashkin (Nueva York, Estados Unidos), Donna Strickland (Guelph, Ontario, Canadá), y Gérard Mourou (Albertville, Francia), por sus contribuciones en el desarrollo de “herramientas de luz” y sus estudios sobre rayos láser, con múltiples aplicaciones en medicina y procesos industriales.

Arthur Ashkin es el inventor de las pinzas ópticas, un aparato capaz de atrapar objetos microscópicos y en la nanoescala gracias a la presión que ejerce la luz en el objeto que ilumina.

El doctor Ricardo Arias González, investigador del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA) Nanociencia, fue pionero en introducir las pinzas ópticas en biología en España y fabricó él mismo el instrumento con el que investiga en su laboratorio de Cantoblanco.

Los avances de la fotónica pueden aplicarse a la Medicina, pero también pueden resultar en la fabricación de células solar más eficientes.

Según explica Arias González a pv magazine, “a modo descriptivo, podemos pensar en un láser como si de un cañón de luz se tratase, que dispara fotones en trayectorias rectilíneas. Estos fotones son como balas que atraviesan los objetos físicos empujándolos y modificando sus trayectorias de manera compleja. Focalizando los rayos de luz es posible atrapar una partícula neutra en tres dimensiones. En rigor, la fuerza total sobre una partícula se puede dividir en dos componentes principales: la fuerza de scattering, que empuja la partícula en la dirección de propagación del haz incidente, y la fuerza de gradiente, que apunta hacia el eje del haz y es responsable del atrapamiento”.

pv magazine: ¿En qué consiste el instrumento conocido como pinzas ópticas?

Ricardo Arias González: Es una montaje óptico, con láseres y objetivos de microscopio, que permite confinar en las tres dimensiones del espacio objetos micro y nanoscópicos. Además, funcionan como un dinamómetro sensible a fuerzas muy pequeñas, fuerzas en el pico-Newton, que son el rango interesante en la biología, por ejemplo.

¿Por qué es tan importante en biología?

La biología del siglo pasado experimentó un avance tremendo por la incursión de los físicos, que con instrumentos de microscopía avanzada (difracción de rayos x, microscopía electrónica) consiguieron poner cara y forma a las moléculas elementales de la vida. Las pinzas ópticas es una técnica también introducida por físicos que está permitiendo cogerlas como si fueran objetos y estudiar sus propiedades mecánicas. En particular, en el estudio de proteínas, es posible estudiarlas como si fuera nanomáquinas.

¿Cuál ha sido su papel en este campo a nivel nacional?

Desarrollé durante mi tesis teoría y simulaciones sobre fuerzas ópticas, que son las fuerzas desarrolladas por los fotones que componen la radiación electromagnética al chocar con los objetos materiales. Tras un postdoctorado aplicado en biología molecular en la Universidad de California, Berkeley, aprendí a desarrollar el instrumental de pinzas ópticas, siendo el primero en implantar esta tecnología en España.

¿De qué se puede beneficiar la investigación en células solares?

Principalmente de aumentar el rigor en la investigación de los materiales usados. La luz como instrumento de laboratorio siempre ha venido asociada a ver cosas, sobre todo a hacer microscopía. Las pinzas ópticas se sirven de la luz para una aplicación diferente, coger cosas muy pequeñas como si usaras una mano también muy pequeña y sin ejercer contacto material. En concreto, permiten manipular átomos, moléculas y nanopartículas, además de células enteras o sus orgánulos, y explorar sus propiedades de manera aislada. Las técnicas convencionales manejan colectividades de especímenes de manera que solo acceden a comportamientos promedio, a propiedades del conjunto. La posibilidad de acceder a materiales nanoestructurados, como los que se usan en las células fotovoltaicas, uno por uno, permite tener más rigor a la hora de estudiar su interacción con la luz solar o en la transducción de energía.