Un microscopio con una aguja extrafina explora la superficie del agua

Un equipo de investigadores de Jap¨®n, utilizando lo que problablemente es la aguja m¨¢s fina del mundo, ha logrado pinchar las primeras pocas capas de mol¨¦culas de agua pr¨®ximas a la superficie de un material s¨®lido y han descubierto que son extra?amente el¨¢sticas. El hallazgo implica que las prote¨ªnas y otras biomol¨¦culas pueden ser influenciadas por las mol¨¦culas de agua que tengan a su alrededor, que est¨¢n dispuestas de forma m¨¢s ordenada que en el resto del l¨ªquido. Los resultados del experimento se han dado a conocer en la revista Journal of Physical Chemistry (6 de julio de 2000).

Para el experimento, Suzanne Jarvis (Centro Conjunto de Investigaci¨®n para la Tecnolog¨ªa At¨®mica, en Tsukuba) y sus colegas han utilizado un microscopio de fuerzas at¨®micas. Con ¨¦l han medido la fuerza necesaria para clavar una aguja en una capa de agua que est¨¢ justo por encima de una superficie recubierta con una pel¨ªcula de mol¨¦culas org¨¢nicas. As¨ª han descubierto que esa fuerza oscila, alternando las subidas y bajadas a medida que la punta de la aguja avanza por la superficie.Este comportamiento, por sorprendente que pueda parecer en una aguja que penetra en un l¨ªquido, lo hab¨ªan predicho experimentos anteriores. En las proximidades de un obst¨¢culo como una pared o una superficie, los l¨ªquidos dejan de parecer un medio desordenado e informe en el que las mol¨¦culas se mueven al azar y las mol¨¦culas se ordenan en capas dispuestas paralelamente a la superficie. Una barrera impenetrable las obliga a adoptar una estructura m¨¢s ordenada.

El orden disminuye r¨¢pidamente a medida que aumenta la distancia de la superficie. La primera capa est¨¢ bien definida, la segunda est¨¢ un poco m¨¢s borrosa, en la cuarta o quinta capa han desaparecido toda traza de orden y las mol¨¦culas ocupan posiciones al azar. Cuando un l¨ªquido est¨¢ organizado en una estructura de capas tiene propiedades similares a las de un material s¨®lido.

Si dos superficies planas separadas por un l¨ªquido son apretadas, esas superficies se van comprimiendo antes de que entren en contacto. Esto significa que la fuerza requerida para apretar las superficies oscila, aumentando y disminuyendo abruptamente a medida que se elimina cada capa de mol¨¦culas que intervienen en el proceso.

Estas oscilaciones se hab¨ªan observado ya en casos en que la regi¨®n de contacto entre las dos superficies ten¨ªa el tama?o de una c¨¦lula bacteriana (muchas millon¨¦simas de di¨¢metro). Jarvis y sus co-legas quer¨ªan ver si pasaba lo mismo cuando el ¨¢rea era mucho menor, del tama?o de una prote¨ªna.

Esto es importante porque la cubierta de agua que rodea una biomol¨¦cula como una prote¨ªna puede influir en la forma en que interact¨²a con otra mol¨¦cula similar en la c¨¦lula. Experimentos anteriores hab¨ªan sugerido que las prote¨ªnas est¨¢n rodeadas por una cubierta de agua estructurada. Pero hasta ahora nadie hab¨ªa medido las fuerzas que act¨²an entre las superficies a escala molecular.

El microscopio que han usado los investigadores de Tsukuba es una punta microsc¨®pica, muy afilada, de forma piramidal sujeta a un brazo, como la aguja de un tocadiscos. Las fuerzas que act¨²an en la punta a medida que se acerca a la superficie doblan el brazo. Esta flexi¨®n puede ser medida con gran precisi¨®n y as¨ª deducir la cantidad de la fuerza.

La punta normal de un microscopio de fuerza at¨®mica, aunque sea muy fina, tiene un tama?o superior al de la mol¨¦cula. Por eso Jarvis y sus colegas pusieron una mol¨¦cula r¨ªgida, un nanotubo de carbono, en la punta del instrumento. Este tubo hueco de carbono puro est¨¢ sellado por ambos extremos con tapas de pocos nan¨®metros (millon¨¦simas de mil¨ªmetro) de di¨¢metro, aproximadamente el tama?o de una mol¨¦cula mediana. La mejora lograda es como poner un m¨¢stil en el pico de una pir¨¢mide egipcia.

En el experimento, los cient¨ªficos midieron la fuerza necesaria para acercar el nanotubo de la punta a una superficie de oro cubierta con un tapiz de mol¨¦culas org¨¢nicas y todo ello metido en agua. Jarvis y sus colegas explican que la fuerza aumenta a medida que la aguja presiona en las capas de agua estructurada. La penetraci¨®n en cada capa se aprecia por un aumento y una ca¨ªda brusca de la fuerza.

? Nature News Service