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El universo diminuto

Los científicos buscan conocer la materia a nivel atómico. / Crédito Chiwi Giambirtone - Prensa Instituto Balseiro. Los científicos buscan conocer la materia a nivel atómico. / Crédito Chiwi Giambirtone - Prensa Instituto Balseiro. Crédito Chiwi Giambirtone - Prensa Instituto Balseiro.

Se ha hablado mucho de los telescopios y de su gran aporte al conocimiento del universo. Aquí, en la Tierra, otra herramienta hace básicamente lo opuesto y de forma muy silenciosa. Se llama de forma genérica “microscopio”, aunque en realidad existen distintos tipos. Por ejemplo, el Nobel de Química 2017 fue otorgado al desarrollo de la criomicroscopía electrónica, que resuelve el problema de poder observar moléculas biológicas en su entorno natural.

Fecha de publicación: 21/12/2017

La microscopía es un campo multidisciplinar que desafía las capacidades humanas.A través de la misma se pueden “ver” objetos y muestras muy pequeñas con el objetivo de facilitar su estudio. El estado actual de la microscopía ha llegado a escalas que antes eran imposibles de imaginar.

Adriana Condó, docente del Instituto Balseiro (CNEA-UNCUYO), precisó que con esta tecnología actualmente “se pueden observar detalles del tamaño de las distancias entre átomos, que son –aproximadamente– una quinta parte de un nanómetro”. Estas dimensiones tan pequeñas como los nanómetros (nm) son difíciles de imaginar.

“Un nanómetro, comparado con una distancia de un metro, es como una “bolita” (12 mm) comparada con la Tierra (12 mil kilómetros)”, agregó la investigadora del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) en el Centro Atómico Bariloche (CAB).

La palabra microscopía significa “reproducción de micras”, siendo una micra equivalente a una milésima parte de un milímetro, y así fue en sus orígenes. En la actualidad, los especialistas opinan que se podría hablar de “nanoscopía”, teniendo en cuenta las escalas alcanzadas: se pueden analizar objetos que miden pocos nanómetros (un nanómetro equivale a una millonésima parte de un milímetro).

La microscopía electrónica nació en la década de 1930. A partir del hecho de que se puede obtener electrones con una longitud de onda mucho menor que la de la luz visible, se conoció la idea de que las partículas más pequeñas podrían ser observadas con un haz de electrones enfocados con lentes electromagnéticas. El primero, llamado microscopio electrónico “de transmisión” y conocido como TEM, fue creado en 1931 por los alemanes Max Knoll y Ernst Ruska.

El TEM

Condó, que es especialista en el estudio de sistemas metálicos o nanoestructurados por TEM, señala que “la principal característica que tienen los microscopios electrónicos de transmisión es que permiten ver el interior de los materiales con alta magnificación. Como el haz de electrones atraviesa la muestra, que debe ser muy fina y requiere una cuidadosa preparación, en la imagen se ve el interior del objeto como si fuera transparente”.

En Argentina, la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) ha sido la principal promotora de la microscopía electrónica de trasmisión en el área de ciencia de materiales. Desde la década del 70 ha incorporado microscopios TEM en diversos centros atómicos y ha ido renovando equipamiento cada 20 años.

“Esta continuidad ha brindado la posibilidad de generar un grupo bien establecido y consolidado con experiencia en TEM y en preparación de muestras del área de ciencia de materiales”, comentó Condó, que trabaja en la División de Física de Metales del CAB, uno de los tres centros atómicos de la CNEA y donde funciona el Instituto Balseiro (dependiente de la CNEA y de la UNCUYO).

“En la década de los 90 se han instalado microscopios TEM en la Universidad Nacional de Rosario y en Bahía Blanca, que están próximos a ser reemplazados por equipos más modernos. Más recientemente se han incorporado unos nuevos en Mar del Plata, en el Instituto de investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales y en Y-TEC, que es la empresa de tecnología de YPF y Conicet”, informó Condó. Agregó que en el área de biología y medicina existen también grupos con larga tradición en TEM en Argentina.

EL SEM

Existe otro tipo básico de microscopía electrónica que fue creada en la misma época que el TEM, pero que tiene diferentes usos. Se trata del microscopio electrónico “de barrido”, conocido como SEM (por sus iniciales en inglés: scanning electron microscope). Es un equipo dotado con un haz de electrones que “barre” (es decir, analiza a través del paso de detectores) la superficie de una muestra. Como resultado, se forma una imagen.

La doctora en Física e investigadora de la CNEA Adriana Serquis explicó que “para funcionar, todos los SEM requieren que la muestra sea conductora eléctrica”. Por lo tanto, la muestra, salvo que ya sea conductora, está generalmente recubierta por una capa muy fina de oro o carbón para otorgarle las propiedades conductoras.

Los microscopios electrónicos de barrido o SEM tienen muchísimas aplicaciones: se utilizan en diversos campos, que van desde la biología a la ciencia de los materiales, pasando por la arqueología, la paleontología, el estudio de muestras forenses y la restauración de obras de arte, entre otros. Serquis, que es egresada del Doctorado en Física del Instituto Balseiro, comentó que “en la microscopía electrónica, la posibilidad de realizar reconstrucción de imágenes en 3D y el tratamiento de imágenes de modo avanzado abren nuevas oportunidades para reconocer importantes correlaciones con otras propiedades de estudio”.

Existen numerosas técnicas de microscopía, como señaló Serquis. “Muchas de ellas son complementarias y no sólo se utiliza un haz de electrones sino que también es posible explorar la materia con otras sondas más sofisticadas, como los iones, los neutrones o los Rayos X”, dijo la física, que recibió el Premio nacional L'Oréal-Unesco “Por las mujeres en la ciencia” 2014.

La informática está presente cada vez más en la microscopía. Adriana Condó comentó que al principio fue necesaria para procesar los resultados obtenidos de los detectores adosados a los microscopios, “como los detectores de rayos X y cámaras digitales”. “En la actualidad –agregó Condó–, la informática permite mantener los microscopios alineados y calibrados y, en algunos casos, se pueden operar en forma remota a través de internet”.

Existen muchos desafíos a futuro, como, por ejemplo, estudiar células vivas o “ver” átomos individuales en vivo y en directo, y hay equipos de científicos y tecnólogos trabajando en ellos. El jurado del Nobel de Química 2017 expresó que el premio otorgado a los inventores de la criomicroscopía “es como una revolución”. Esta tecnología resuelve el problema de poder observar moléculas biológicas en su entorno natural y sin usar tintes, congelando la muestra con un gas como el nitrógeno líquido o el propano. Habrá que ver qué nuevos inventos depara el futuro para conocer cada vez más el “universo diminuto”.

Links a subnotas:

Link al Grupo de Caracterización de Materiales del Centro Atómico Bariloche: www.cab.cnea.gov.ar/dcm/

*Este informe especial fue publicado originalmente en UNIDIVERSIDAD, y se puede leer en este link.

 

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Por Victoria Posada, becaria del

Área de Comunicación Institucional-

Instituto Balseiro

San Carlos de Bariloche, 21/12/2017

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