Científicos españoles descubren un nuevo material láser aplicable en medicina

Elimina la necesidad de usar grandes volúmenes de disolventes orgánicos, «la mayoría tóxicos y carcinogénicos»


Un equipo de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Complutense de Madrid (UCM) han desarrollado un nuevo material láser que tiene aplicaciones en campos tan diversos como la medicina, la agricultura o las ciencias ambientales.

Este nuevo material láser elimina la necesidad de utilizar grandes volúmenes de disolventes orgánicos, «la mayoría tóxicos y carcinogénicos», según han informado desde la Facultad de Ciencia y Tecnología del Campus de Vizcaya.

Basado en la creación de imágenes, detección, análisis y manipulación de sistemas biológicos a través de la luz, el nuevo material mejora la eficiencia y la estabilidad de los colorantes comerciales que se emplean en biofotónica.

Además, el trabajo realizado por los investigadores ha sido publicado en la revista «Nature Photonics».
«Eficiente y duradera»

En este sentido, los científicos han obtenido «por primera vez» una emisión «eficiente y duradera» de luz láser roja gracias a la incorporación de dos moléculas colorantes que se presentan confinadas en nanopartículas de látex dispersas en agua.

Según han explicado, «la longitud de onda de la luz roja es clave para la terapia fotodinámica, con usos, por ejemplo, en oftalmología y dermatología».

«La utilización, en biomedicina, de emisores de luz roja, con una longitud de onda superior a 650 nanómetros, tiene ciertas ventajas ya que los tejidos biológicos son más transparentes a ella y la luz puede profundizar más, lo que facilita su uso en cirugía y en tratamientos de terapia fotodinámica, basados en la activación por luz de medicamentos ingeridos», ha explicado el investigador del CSIC Luis Cerdán, que trabaja en el Instituto de Química Física Rocasolano y pertenece al grupo que ha llevado a cabo la caracterización láser y el estudio teórico.

El uso de colorantes comerciales para estas aplicaciones estaba limitado, hasta ahora, «por la poca luz de excitación que absorbían», un inconveniente que reducía su eficiencia.

Asimismo, los colorantes «suelen dañarse con facilidad cuando son excitados, lo que reduce su utilidad tecnológica y hace aumentar el coste económico».

Para resolver estos problemas, los científicos han recurrido a un proceso de transferencia de energía conocido como Förster Resonance Energy Transfer (FRET, por sus siglas en inglés), basado en incorporar dos colorantes: uno donador, capaz de absorber eficientemente la excitación y que apenas se daña, y otro aceptor, que emite luz tras haber recibido la energía del primero.

Según ha explicado el investigador de la UCM Eduardo Enciso, que ha llevado a cabo la síntesis de las nanopartículas y colaborado en el análisis teórico, «empleamos los colorantes Rhodamina 6G como donador y Azul de Nilo como aceptor. Para garantizar la proximidad de los colorantes y, por tanto, una mayor eficiencia, los confinamos en nanopartículas poliméricas de 50 nanómetros de diámetro dispersas en agua”.
Vida útil

En este sentido, Enciso ha añadido que «al integrar los colorantes en estas estructuras se reducen los procesos que degradan sus moléculas tras ser excitadas por la luz, una situación especialmente grave en los colorantes con emisión roja, lo que además evita la pérdida de sus propiedades de emisión y multiplica por ocho su vida útil».

Por otro lado, la caracterización fotofísica ha permitido estudiar el proceso de transferencia de energía en el sistema, que se produce «muy rápidamente», por debajo de los 500 picosegundos (un picosegundo es la billonésima parte de un segundo).

Según los investigadores Jorge Bañuelos e Iñigo López Arbeloa, que han llevado a cabo esta parte de la investigación en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU, «el mecanismo de transferencia de energía es muy complejo, ocurre principalmente por la interacción de los dipolos eléctricos de los colorantes donadores y aceptores y se produce a una distancia media de tres nanómetros».



Trapping Cold Atoms with a Laser Lattice to Create Artificial Crystal Structures

Meet Claire Thomas, 24, one of the up-and-coming physicists attending this year’s Lindau Nobel Laureate Meeting



Name: Claire Thomas
Age: 24
Born: Louisiana, USA
Nationality: American
Current position: PhD student at the University of California, Berkeley
Education: Bachelor’s degree from Boston University
What is your field of research?
My research is on ultracold atomic gases in an optical kagome lattice. Optical lattices are created by overlapping multiple laser beams so that their intensities form an interference pattern. We then trap cold atoms at specific locations in this interference pattern, thus experimentally realizing a well characterized, controllable and defect-free artificial crystal structure.
What drew you to physics, and to that research area in particular?
In my field I am able to do my own calculations, come up with new ideas and pursue them on a time scale that is reasonable and fun. My research group is very flexible and we determine our tasks and goals daily. This is not a feature available in many large scale experiments.  I was first attracted to large scale experiments because of the beauty of the science that they seek to explore. I have, however, very much enjoyed my work on smaller scale experiments, where I believe that I can still study fundamental physics.

Where do you see yourself in 10 years?
In ten years I expect to be thirty-four. I will be a scientist, but it is almost impossible to say where science will be at that time so I cannot imagine my options and certainly not my choice. I hope to be up to date on whatever technology is in active use, to know how it works but to still go backpacking without it. I hope to teach my nieces and nephews how radios used to work when there were only a few circuit elements and they were all visible to the naked eye.  I hope that by then one of them will ask why the sky is blue and take interest in the answer.

Who are your scientific heroes?
Lise Meitner, Nikola Tesla, Michael Faraday and James Clerk Maxwell
What activities outside of physics do you most enjoy?
I enjoy rock climbing, backpacking and cycling in the Berkeley hills.
What do you hope to gain from this year’s Lindau meeting?
The Lindau conference offers a unique opportunity to expand my understanding of the physical world, as well as the experimental and theoretical tools that we use to explore it.  I look forward to discussing with physicists from all disciplines and traditions to expand my concept of the ways in which physics can be done.
Are there any Nobelists whom you are particularly excited to meet?
Ivar Giaever and Brian Josephson. William Phillips, whose prize was for slowing atoms with a Zeeman slower, a tool in my lab that makes my research possible. I’d like to hear his current thoughts on the field of cold atoms and Bose Einstein condensates. Paul Crutzen: on his experience in the interplay between science and politics, and how to not be discouraged by the slow moving process of bureaucracy. Dan Shecthman: discovered quasicrystals, and when he did so people did not believe him. That sounds like an experience I would benefit from hearing about.