Investigador de la UNAM crea motor microscópico de vapor

El desarrollo opera con un rayo láser, funciona de manera similar a la de un pistón y consta de una esfera que mide entre una y tres micras de diámetro.
Pedro A. Quinto Su, responsable y fundador del Laboratorio de Óptica Aplicada del Instituto de Ciencias Nucleares.
Pedro A. Quinto Su, responsable y fundador del Laboratorio de Óptica Aplicada del Instituto de Ciencias Nucleares. (Especial)

México

Pedro A. Quinto Su, responsable y fundador del Laboratorio de Óptica Aplicada del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM, logró que una partícula esférica de entre una y tres micras de diámetro suspendida en agua funcione como un pistón que se mueve debido a pequeñas explosiones de vapor y a la acción de un rayo láser.

El pequeño motor es 100 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano e, incluso, que los glóbulos rojos del torrente sanguíneo, los cuales miden entre seis y ocho micras.

“Por medio de haces de luz enfocados manipulamos esferas microscópicas suspendidas en agua, que son desplazadas por explosiones y fuerzas ópticas”, explicó el investigador.

Luz como combustible

Esta innovación es una estructura no perceptible a simple vista, cuyo funcionamiento es semejante al de un motor, pero que utiliza luz en vez de combustible, expuso.

Gracias a este trabajo, ahora se sabe que es posible producir movimiento con el uso del principio de expansión y contracción de gases a una escala sumamente pequeña.

A finales del siglo XVIII las máquinas de vapor cambiaron nuestras vidas con la Revolución Industrial. La capacidad de producir movimiento a partir de la combustión de carbón o leña fue la base para desarrollar los motores que se utilizan actualmente, por ejemplo, para hacer girar turbinas que convierten el movimiento en la electricidad que usamos cotidianamente.

Para lograr algo similar a escala micrométrica, el funcionamiento del pequeño motor de Quinto Su se basa en un principio al que comúnmente se recurre para atrapar objetos microscópicos con luz: las pinzas ópticas.

Éstas permiten utilizar la luz para atraer objetos muy pequeños (como células, organelos u otras estructuras microscópicas) hacia el punto donde se enfoca un rayo láser, sostenerlos y luego desplazarlos hacia donde se desee, indicó el investigador, cuya innovación fue publicada en la revista Nature Communications.

El investigador universitario se basó en una pinza óptica, la cual, para funcionar de forma adecuada, necesita que los objetos a sostener sean completamente transparentes, es decir, que no absorban luz, de modo que lo que los lleva hacia el foco del láser y luego los mantiene quietos en ese lugar es el cambio de dirección del haz al atravesarlos.

Sin embargo, las pequeñas esferas que emplea el científico tienen la peculiaridad de ser parcialmente opacas, así que absorben luz en pequeñas cantidades, lo que incrementa su temperatura.

Calentamiento

Por esa razón, además de ser atraídas hacia el punto donde el láser se enfoca, también experimentan un calentamiento gradual a medida que se acercan al foco, lo que a su vez calienta el agua que las rodea.

De este modo, al acercarse al punto de mayor intensidad, la pequeña esfera está tan caliente que provoca la evaporación espontánea del líquido en contacto con su superficie, así que se produce una microexplosión de vapor que empuja a la esfera lejos del foco, a una región donde la temperatura es mucho menor y donde el láser la atrae una vez más.

La microesfera comienza a acercarse de nuevo al lugar más intenso, se vuelve a calentar y se repite el proceso, con lo que se obtiene el movimiento cíclico similar al del motor. Dicho de otro modo, la microesfera es como un émbolo que sube y baja por el láser, que a su vez actúa como la camisa del pistón.

“La investigación en el tema de motores microscópicos es relativamente reciente y es un tema de interés general. En nuestro caso, hasta donde sé, el motor que creamos es el más pequeño en el mundo que funciona con expansión de gas”, subrayó el investigador.

Al referirse a las perspectivas de esta indagación, Quinto Su señaló que el procedimiento puede implementarse para interactuar con células, inyectarles moléculas o destruirlas, o para otras aplicaciones donde se requiera generar movimiento a escalas microscópicas.

Incluso puede usarse como una microbomba para producir un flujo de líquido. “Habrá que esperar a ver qué usos le da la comunidad científica a este desarrollo. Nosotros seguimos avanzando y esperamos tener alguna aplicación a corto plazo”, concluyó.