Jugando al lego con ¨¢tomos

Con las mismas piezas de un juguete de construcci¨®n se puede hacer el muro de un castillo y las aspas de un helic¨®ptero. Se puede hacer, en realidad, lo que se quiera, siempre que se ensamblen bien los peque?os ladrillos. En ese principio se basa la nanotecnolog¨ªa, s¨®lo que los cient¨ªficos juegan al lego con ¨¢tomos y mol¨¦culas. Con un aliciente extra: a escalas tan peque?as, de millon¨¦simas de mil¨ªmetro ¨Cnan¨®metros-, la materia se comporta de forma extra?a, y a veces esas rarezas pueden aprovecharse para fabricar estructuras con aplicaciones inesperadas. ?se es el reto al que se enfrentan tres proyectos espa?oles financiados por el Consejo Europeo de Investigaci¨®n (ERC). Buscan desde un nuevo m¨¦todo de detectar c¨¦lulas tumorales hasta paneles solares que transformen luz en electricidad como lo hacen las plantas.

El sue?o de construir un mundo nuevo a medida, controlando una a una las piezas de materia m¨¢s peque?as que se pueda manipular, es de hace ya medio siglo. Pero desarrollar las herramientas necesarias para hacerlo ha costado d¨¦cadas, y los cient¨ªficos a¨²n se llevan muchas sorpresas con el comportamiento de la materia a esas escalas. En el laboratorio de Montserrat Calleja, en el Instituto de Microelectr¨®nica de Madrid (Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas,CSIC), se llevaron una hace unos a?os.

Trataban de medir la rigidez de una bacteria E-coli, mont¨¢ndola sobre una nanopalanca; esperaban que con la bacteria encima la nanopalanca vibrara menos, que es lo que ocurrir¨ªa en el mundo macrosc¨®pico ¨Cuna cuerda tensa con un peso encima acaba por pararse-. Pero no, la vibraci¨®n aument¨®. ¡°En vez de tirar el experimento a la basura¡±, cuenta Calleja, ¡°el estudiante se pregunt¨® qu¨¦ pasaba¡±. Descubrirlo ¨Ctiene que ver con que la nanopalanca y la bacteria, al ser de dimensiones similares, vibran juntos como un todo- supuso un importante avance para un grupo especializado en medir las propiedades mec¨¢nicas de objetos tan peque?os como las c¨¦lulas humanas. Calleja tiene cuatro patentes licenciadas y ha creado una empresa, Mecwins, de biosensores nanomec¨¢nicos ultrasensibles.

Con el proyecto que el ERC financia este grupo intentar¨¢ desarrollar sensores de c¨¦lulas tumorales basados en sus propiedades mec¨¢nicas. ¡°Se ha visto que la rigidez de las c¨¦lulas tumorales es distinta de la de las c¨¦lulas sanas¡±, explica Calleja. ¡°Ahora hay marcadores bioqu¨ªmicos [que detectan mutaciones gen¨¦ticas] para distintos tipos de c¨¢ncer; ?podr¨ªa haber tambi¨¦n marcadores biof¨ªsicos? ?Podremos detectar el c¨¢ncer en fases muy tempranas midiendo en una muestra de sangre la elasticidad de las c¨¦lulas?¡±.

El primer paso es confirmar que efectivamente la rigidez es un par¨¢metro ¨²til para distinguir c¨¦lulas tumorales. Para ello el grupo trabajar¨¢ en colaboraci¨®n con el Centro Nacional de Investigaciones Oncol¨®gicas (CNIO), accediendo a muestras de su banco de tumores. Luego habr¨¢ que fabricar los nanosensores en s¨ª, nanohilos -funcionan como nanopalancas- sobre placas de silicio: ¡°las c¨¦lulas en la muestra aterrizan sobre el nanohilo, y el sensor emite una se?al que lee un l¨¢ser¡±, dice Calleja. En cada sensor habr¨¢ cientos de nanopalancas.

Adrian Bachtold, del Centro de Investigaci¨®n en Nanociencia y Nanotecnolog¨ªa (CSIC-ICN), en Barcelona, tambi¨¦n investiga la vibraci¨®n de nanoestructuras, en este caso nanotubos de carbono y grafeno, de apenas un ¨¢tomo de grosor: ¡°Es como escuchar la cuerda de una guitarra¡±. S¨®lo que el instrumento es tan sensible que basta la interferencia de un ¨²nico ¨¢tomo para cambiar su melod¨ªa. As¨ª lo que se tiene es una t¨¦cnica ultrasensible para medir masas. ¡°Es una forma de medir ¨¢tomos individuales, todo tipo de ¨¢tomos¡±, explica Bachtold. ¡°Entramos en un nuevo r¨¦gimen de sensibilidad en la medida de la masa, y el primer objetivo es explorarlo¡±. El grupo entrev¨¦ aplicaciones en medicina, biotecnolog¨ªa, ciencia de materiales¡­ pero a medio o largo plazo.