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Artículos del CEI — Inmersión en el mundo de lo muy pequeño

La nanotecnología, la ciencia que consiste en fabricar y manipular cosas diminutas, tiene capacidad para transformar nuestras vidas. Gracias a la financiación del Consejo Europeo de Investigación (CEI), el Dr. Davide Iannuzzi se dedica a construir piezas móviles microscópicas en el extremo de fibras ópticas que harán posible construir instrumentos con los que realizar observaciones y mediciones más eficaces a escala nanométrica.

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Imagine una piscina circular con un trampolín en su borde. Ahora imagine que esta «piscina» es el extremo redondeado de una fibra óptica y que este «trampolín» es más delgado que un cabello humano. Esto es lo que está creando el Dr. Iannuzzi. Se denomina «fibre-top cantilever» («palanca sobre fibra») y tiene potencial para transformar numerosas áreas distintas de la investigación. Fibre-tops El proyecto nació de los experimentos de física fundamental realizados por el Dr. Iannuzzi, dedicados a medir las fuerzas ejercidas por efectos cuánticos como el efecto Casimir. La configuración experimental habitual consiste en proyectar un haz láser sobre una palanca, o cantilever, diminuta. La fuerza que se desea medir hace que la palanca se curve y, midiendo esa curvatura a través de la deflexión de la luz, se puede medir dicha fuerza. Según explicó el Dr. Iannuzzi: «Los instrumentos comerciales generaban efectos espurios. El enfoque del láser era demasiado amplio y la luz que no incidía sobre la palanca provocaba problemas en las mediciones muy sensibles y a pequeña escala que tratábamos de efectuar.» Tratando de subsanar estas deficiencias, el investigador dio con la solución: «¿Por qué no colocar la palanca en el extremo de una fibra óptica?» Su equipo de investigación empleó las mismas fibras ópticas que se usan en las telecomunicaciones, en concreto una fibra de vidrio con un diámetro de 0,1 mm que transmite por su interior un haz de luz de 0,01 mm. La luz láser incide exactamente sobre la palanca y es reflejada hacia el interior de la fibra. De este modo, la interferencia producida entre la luz emitida y la luz devuelta indicará la cantidad de movimiento. Gracias a una subvención de inicio del CEI otorgada en 2007 «hemos madurado esta técnica y patentado un método de fabricación», explicó Iannuzzi. «Podemos fabricar dispositivos micromecanizados sobre fibras de vidrio empleando las mismas técnicas que para los MEMS de silicio», añadió. Entre sus aplicaciones están los microscopios de fuerza atómica (AFM). La palanca se puede dotar de una punta afilada que pueda presionarse sobre una superficie y moverse «como la aguja de un tocadiscos». Registrando la localización y la curvatura de esta «aguja», se puede conformar una imagen de dicha superficie con una resolución de nanómetros, superando así las prestaciones de los microscopios ópticos actuales. Estas máquinas suelen ser aparatosas, costosas y requerir un encaje muy complejo de sus piezas mecánicas y ópticas, «pero con la técnica de fibre-top no se necesita ese encaje», aseguró Iannuzzi. Aunque fabricar el sensor resulte más caro, los microscopios resultantes son más económicos y pequeños. «Ya hemos construido un modelo de sobremesa y podrían hacerse otros incluso portátiles», afirmó. Dado que la palanca se encuentra en el extremo de una fibra óptica larga, su uso es adecuado en entornos más rigurosos manteniendo la instalación electrónica a una distancia segura. Esta tecnología podría emplearse también en espacios estrechos y reducidos: «Nuestra mayor ilusión es que pueda llegar a usarse en aplicaciones como la cirugía mínimamente invasiva.» Nacientes y derivadas Con la ayuda de una nueva «Proof of Concept Grant» («Subvención a la Prueba de concepto» del CEI), ahora este equipo se ha propuesto demostrar la posibilidad de ampliar la escala de este proceso para producir grandes volúmenes. «Sería un resultado tremendo para nuestro grupo científico y para Optics11, nuestra empresa tecnológica dedicada a comercializar la tecnología "fibre-top".» Esta nueva técnica posee incluso algunas ventajas que no habían previsto. «También podemos fabricar una palanca más corta, de modo que la punta quede alineada a la perfección con el haz de luz», explicó Iannuzzi. «Podríamos medir la posición de la palanca con un color al tiempo que se proyecta una luz de otro color sobre el mismo punto de la muestra.» El haz de luz podría generar fluorescencia en los materiales estudiados, pudiéndose recoger datos químicos del mismo punto explorado. La «palanca sobre fibra» posee, en apariencia, mayor sensibilidad y precisión que otras técnicas ya existentes.Según señaló Iannuzzi: «Podemos incluso detectar rigidez y si determinada superficie es dura o blanda». Por tanto, podrían examinarse las propiedades físicas de células biológicas comprobando la rigidez de la pared celular, lo cual puede ser un indicador de si su estado es sano o patológico. Estas aplicaciones de biofísica podrían propiciar un conocimiento más profundo de las propiedades fundamentales de las células, y esto a su vez podría generar aplicaciones tanto médicas como quirúrgicas. - Fuente: Dr. Davide Iannuzzi - Coordinador del proyecto: Universidad Libre (VU) de Ámsterdam (Países Bajos) - Título del proyecto: «Fiber-top micromachined devices: ideas on the tip of a fiber» - Acrónimo del proyecto: Ftmems - web del Dr. Davide Iannuzzi - Programa de financiación del 7PM (convocatoria del CEI): subvención de inicio (Starting grant) 2007 y «Proof of Concept Grant» («Subvención a la Prueba de concepto» del CEI) 2011 - Financiación de la Comisión Europea: 1,8 millones de euros - Duración del proyecto: cinco años Glosario AFM, microscopio de fuerza atómica: una clase de microscopio de sonda de barrido (SPM) que ofrece una resolución muy elevada, muy superior a la de los microscopios ópticos, al usar una sonda física en lugar de luz. Efecto Casimir: fuerza explicada conforme a la teoría cuántica que puede, por ejemplo, provocar la atracción o la repulsión entre dos placas sin carga situadas muy cerca la una de la otra. Palanca o cantilever: un haz o varilla en suspensión y con apoyo en uno solo de sus extremos. Fluorescencia: la emisión de luz, o luminiscencia, por materiales que han absorbido energía lumínica u otra forma de radiación electromagnética. MEMS, sistemas microelectromecánicos: dispositivos mecánicos muy pequeños controlados por medios electrónicos. Se suelen fabricar empleando técnicas de deposición como las usadas para los microchips semiconductores. Fibra óptica: fibra flexible y transparente, hecha de vidrio, que se usa en las telecomunicaciones por su capacidad para transmitir luz entre sus dos extremos.