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Nuevas luces para Alba

Xavier Pujol Gebellí

INNOVACIÓN     |    INSTALACIONES CIENTÍIFICAS    |    08/07/2014

Infrarrojo y ultravioleta. Estas son las nuevas líneas de luz que el Sincrotrón Alba tiene previsto incorporar a su catálogo. Con ellas ampliará las siete líneas de luz con las que cuenta actualmente y añadirá nuevas capacidades para el estudio de la estructura atómica de moléculas de interés en biomedicina, ciencia de materiales o nanociencias, entre otros campos. La combinación de luz infrarroja con microscopia facilitará investigaciones con un buen nivel de resolución, mientras que de la ultravioleta se obtendrá información de las propiedades de los electrones en materiales avanzados de interés tecnológico.

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El Sincrotrón Alba, operativo para la comunidad científica e industrial desde 2012, tiene ya en negro sobre blanco dos nuevas líneas de luz que complementarán próximamente este complejo de aceleradores de electrones. Las dos nuevas líneas, una en fase de diseño ejecutivo y otra aún en la de diseño conceptual, permitirán ampliar las capacidades del sincrotrón en ámbitos en los que se espera una fuerte demanda en los próximos años procedente tanto del mundo académico como del sector industrial.

Estas dos líneas se añadirán a las siete que actualmente están a pleno funcionamiento y que tienen una sobredemanda que ya supera el doble de las horas disponibles para usuarios. Aproximadamente un 20% de éstos son extranjeros y ya empieza a ser utilizado por algunas empresas, españolas o no.

La primera de las líneas responde al nombre de MIRAS (acrónimo de microespectroscopía infrarroja con radiación sincrotrón) y tiene prevista su entrada en funcionamiento con usuarios a finales de 2016. LOREA, destinada al estudio de las propiedades electrónicas de los llamados materiales complejos, aún no tiene fecha de puesta en marcha, aunque cuenta ya con un diseño conceptual aprobado y podría estar en funcionamiento en 2018. Con ambas líneas, Alba se consolidará como la instalación más importante de su categoría del área mediterránea.

Las dos propuestas, describe Salvador Ferrer, asesor de la dirección de Alba, supondrán un "salto cualitativo” para sus potenciales usuarios. En el primer caso, porque se va a disponer de un microscopio en la banda de luz infrarroja con muy buena resolución y sensibilidad para el estudio de moléculas de interés biomédico o en ciencia de materiales. Y en el segundo, porque se inscribe en un ámbito en constante crecimiento, el de nuevos materiales y sus propiedades electrónicas.


Con otra luz

"MIRAS viene a ser un microscopio convencional en el que se utiliza luz infrarroja en lugar de luz visible”, explica Ferrer. Sin embargo, tiene poco de convencional. La radiación sincrotrón infrarroja aporta una enorme capacidad para identificar lo que se podría denominar "firmas moleculares” en los prácticamente 15 metros que se desplaza la luz desde su punto de origen en el acelerador hasta que alcanza la superficie de una muestra.

La luz infrarroja, explica, tiene la propiedad de hacer vibrar una molécula cuando incide sobre ella. Es lo que se llama resonancia. En este microscopio particular, se manda un haz de luz a una frecuencia determinada, es decir, fotones, sobre una muestra y se observa qué moléculas (o grupos funcionales) atraviesa, cuáles la reflejan o cuáles la absorben. Estas últimas, al absorber la energía del fotón, vibran. "De este modo se pueden identificar moléculas porque la frecuencia de vibración es característica de cada una de ellas”, aclara.

El efecto de resonancia por luz infrarroja se combina con microscopía. Pero la luz no se manda sobre la muestra entera sino que se focaliza en un punto específico. El objetivo, explica Ferrer, es elaborar mapas de moléculas de superficie a partir de su vibración.

Los campos de aplicación de esta técnica cubren "un amplio abanico de disciplinas científicas”, escribe Gary Ellis, investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC en un documento interno de trabajo. La base es microespectroscopía analítica aplicada en biomedicina, biología, química, ciencias ambientales, geología, física, ciencia de materiales, nanociencias y nanotecnología, ciencias forenses, arqueología, industria agro-alimentaria o estudios de patrimonio cultural. Es decir, en todas aquellas disciplinas donde se precise observar una muestra de reducido tamaño de la que se quiera obtener su firma molecular.



Energía y dirección

Cuando se manda luz ultravioleta sobre la superficie de una muestra, por ejemplo un metal, puede ocurrir que un electrón la absorba y entonces utilice la energía ganada para "escaparse” generando el llamado efecto fotoeléctrico. Esta energía puede medirse mediante técnicas de fotoemisión.

"Los electrones más alejados del núcleo son los que determinan las propiedades eléctricas y electrónicas de un material”, explica Ferrer. "La línea de luz LOREA está pensada justamente para estos electrones”, añade, con la particularidad de que "mide no solo su energía sino también su dirección”. Combinando ambas informaciones, pueden deducirse propiedades fundamentales de la electrónica de los sólidos como, por ejemplo, la llamada masa eficaz del electrón.

Disponer de esta información es útil en la investigación de nuevos materiales como el grafeno o de dispositivos electrónicos como los que se implementan en los chips y microprocesadores de los ordenadores. En esencia, sigue el asesor de la dirección de Alba, "todo lo que tiene que ver con semiconductores, espintrónica y muchos materiales avanzados de interés industrial”.

La línea ya dispone de su diseño conceptual. Queda aún por definir el diseño ejecutivo, la fabricación de sus componentes y su construcción, por lo que "es aventurado” prever una fecha para su puesta en marcha. Lo que sí es seguro, afirma, es que no le van a faltar usuarios, especialmente los procedentes del ámbito académico. "También vamos a tener usuarios del mundo de las empresas, como los que trabajan con láminas de grafeno o semiconductores orgánicos, además de fabricantes de pantallas planas”.



Luz para el diagnóstico precoz

La fuente de luz de sincrotrón Alba, como todas las grandes instalaciones de su categoría, tiene como objetivo fundamental contribuir a desvelar las propiedades fundamentales de una molécula, sea biológica o inorgánica. Para ello se emplean distintas técnicas, lo que equivale a decir distintas fuentes de luz debidamente canalizadas. El conocimiento aportado, tanto a nivel básico como aplicado, está considerado de interés estratégico en los países con sistemas modernos de ciencia y tecnología.

Ello no es obstáculo para que se deriven aplicaciones que pueden llegar a ser de interés general. Es lo que ha ocurrido con un novedoso método de diagnóstico precoz del cáncer que se está implementando en los hospitales de referencia franceses.



«El Sincrotrón Alba, como todas las grandes instalaciones de su categoría, tiene como objetivo fundamental contribuir a desvelar las propiedades fundamentales de una molécula, sea biológica o inorgánica».












El método, basado en un microscopio óptico dotado de luz infrarroja, surge de la investigación dirigida por el Dr. Paul Dumas y llevada a cabo en el Sincrotrón Soleil, ubicado cerca de París, con una fuente similar a la proyectada en la propuesta MIRAS. Gracias al mapa de las frecuencias de absorción de infrarrojo que presentan determinadas proteínas, se ha desarrollado una aplicación específica que permite identificar de forma rápida y simple su firma molecular y así precisar si una célula de un tejido determinado es cancerosa o no.

La solución tecnológica ya se está testeando en hospitales tras "muchos años” de investigación, enfatiza Ferrer. "En el sincrotrón han desarrollado la investigación básica y se ha caracterizado el sistema para el análisis de muestras”, añade. Posteriormente, se ha diseñado y construido un sistema optimizado para este uso. Un buen ejemplo de transferencia de conocimientos y tecnología.
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Xavier Pujol Gebellí

Periodista

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Excelencia Severo Ochoa

Logos colaboradores julio 2014

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