Manipulación de microburbujas usando luz láser

La utilización de luz para la manipulación de objetos ha sido un tema que ha cautivado a escritores de ciencia ficción y que hemos visto en sagas como Stark Trek o Star Wars, donde un haz de luz sale de una nave para manipular y atraer a otra. Sin embargo esto ya no es exclusivo de la ciencia ficción, esto traspasó la pantalla y con el desarrollo de la ciencia ahora es posible.

Es prudente aclarar que mediante un haz de luz solo es posible atrapar o manipular partículas de tamaño micrométrico, ya que el fenómeno de presión de radiación de la luz solo es perceptible a esa escala. Aunque el atrapamiento y manipulación de partículas microscópicas tiene sus inicios en 1970, en la actualidad se ha convertido en una herramienta altamente utilizada en laboratorios alrededor del mundo. Esta tecnología tiene diversas aplicaciones en varias ramas de la ciencia, que van desde la manipulación de átomos, bacterias, virus hasta la creación de microestructuras. La idea de que la luz al interactuar con la materia ejerce presión a esta, no es algo nuevo, el astrónomo Johannes Kepler supuso que la presión de radiación era el fenómeno responsable de que las colas de los cometas siempre apuntaran en sentido contrario al sol sin importar la dirección de movimiento del cometa, aunque años más tarde se demostró que este fenómeno se debía al viento solar.

La primera persona en demostrar de forma experimental la presión de radiación fue el científico norteamericano Arthur Ashkin en el año 1970, en su experimento utilizó micropartículas de latex suspendidas en agua, las cuales eran iluminadas mediante luz láser. Ashkin observó que las partículas eran empujadas debido a la presión de radiación que ejerce la luz sobre la materia, pero además observó que las partículas eran atraídas a la zona más intensa del haz. La luz al interactuar con partículas microscópicas experimenta un intercambio de momento lineal como lo explica la tercera ley de Newton, ocasionando que estas se desplacen en la dirección de propagación de la luz, en la actualidad se ha comprobado la existencia de otras fuerzas ópticas que posibilitan el atrapamiento y manipulación de estas partículas como lo es la fuerza de gradiente. Cuando el haz de luz se enfoca en un área extremadamente pequeña, lo cual se logra utilizando un objetivo de microscopio la fuerza de gradiente es dominante y su dirección apunta a la zona más intensa del haz de tal forma que cuando una partícula interactúa con un haz de luz fuertemente enfocado, la partícula se desplazará a la zona más intensa y permanecerá en esa posición. Este tipo de trampa se conoce hoy en día como "pinzas ópticas".

En la Universidad Politécnica de Tulancingo se desarrolla el proyecto denominado "Generación y manipulación de microburbujas usando luz láser", el cual se lleva a cabo en el Laboratorio de Óptica de esta casa de estudios. Dicho proyecto es interdisciplinario y consta de dos etapas, la primera etapa concierne a la generación y atrapamiento de la microburbuja y la segunda etapa se basa en el diseño y creación de un dispositivo electrónico que permita la manipulación precisa de la microburbuja. Ambas etapas son desarrolladas por estudiantes de la Maestría en Computación Óptica, programa impartido en esta Universidad.

El proyecto antes mencionado se enfoca en la manipulación tridimensional de microburbujas a través de luz láser, que permitirá el confinamiento de partículas microscópicas dentro de la microburbuja para después ser manipuladas siguiendo una trayectoria definida y posteriormente depositarlas a voluntad del usuario. El sistema cuenta con un arreglo optomecatrónico que consta de un conjunto de actuadores que permiten el movimiento tridimensional de una fibra óptica que se encuentra sumergida en una solución compuesta de nanopartículas de plata y etanol. El sistema realiza el control a través de una interfaz de usuario que de forma amigable permite la manipulación de la microburbuja y visualizar en tiempo real este proceso.

DR. J GABRIEL ORTEGA MENDOZA / PROFESOR INVESTIGADOR
ING. FRANCISCO M. MUÑOZ PÉREZ / ESTUDIANTE DE LA MAESTRÍA EN COMPUTACIÓN ÓPTICA

jose.ortega@upt.edu.mx