Anales de la RANM

151 A N A L E S R A N M R E V I S T A F U N D A D A E N 1 8 7 9 EL FOTÓN EN LA REVOLUCIÓN DE LA MEDICINA DEL SIGLO XXI José Miguel López-Higuera An RANM · Año 2019 · número 136 (02) · páginas 145 a 157 muestra de líneas de investigación en curso muy pro- metedoras. Unas prácticamente están ya siendo utili- zadas, otras ingresarán en clínica en un futuro próxi- mo y otras en un futuro más lejano. De la Fentografía a la Attografía Se muestran dos ejemplos de técnicas basada en tec- nologías láser para el avance del conocimiento en gene- ral por habilitar el seguimiento de procesos ultrarrápi- dos de interés para el entendimiento y/o seguimiento, por ejemplo, de procesos químicos o bioquímicos. Mediante técnicas basadas en láseres pulsados de fen- tosegundos (10 -15 segundos) se pueden efectuar re- gistros de procesos que suceden en el rango de los fentosegundo surgiendo la posibilidad de efectuar Fentografías . Ello, utilizado en la química permite la exploración de sucesos moleculares elementales in- volucrados en reacciones que se producen a gran ve- locidad y cuya observación requiere de una gran re- solución en el tiempo (del orden de los fentosegun- dos). Lo citado dio lugar a la Fentoquímic a permitien- do comprender (por ejemplo) porqué unas reacciones químicas se llevan a cabo y otras no, etc. y supuso la concesión del Premio Nobel de Química de 1999 a Ahmed H. Zewail "por sus estudios sobre los estados de transición de las reacciones químicas utilizando la espectroscopía de fentosegundos” . No obstante, para los procesos a nivel atómico o mole- cular, el movimiento/desplazamiento de los electrones sucede en escalas temporales más cortas, que van des- de unos pocos fentosegundos hasta decenas de attose- gundos (10 -18 segundos). Por ello, se trabaja en el lo- gro de técnicas basados en láseres más rápidos que los anteriores que permitan registrar procesos que suce- den en el rango de los attosegundos surgiendo la posi- bilidad de efectuar Attografías [12]. Ello, permitirá es- tudiar las evoluciones ultra-ultra-rápidas moleculares y las dinámicas de los electrones en los átomos, entre otras [13]. El desarrollo de técnicas mediante láseres de pulsos cuya duración es del orden de los attosegun- dos conduce a una nueva forma de hacer química, la Attoquímica [14]. De la Microscopía a la Nanoscopía En el apartado anterior, se ha mencionado el avance del conocimiento gracias a la capacidad de resolver en el tiempo pudiendo observar dinámicas de proce- sos ultra-ultracortos. En lo que sigue, se citará el des- comunal progreso realizado en tiempos reciente para resolver en el espacio mediante tecnologías de la luz que, venciendo el límite de la difracción (cifrado en el entorno de 0,2 Micrómetros), posibilita obtener reso- luciones en el campo de la nanodimensión y, además, obtener las imágenes automáticamente. La Nanoscopía o Microscopía de Alta Resolución, po- sibilita la visualización de células vivas y observar, a nivel molecular, las estructuras de tejidos biológicos y materiales para la nanomedicina lo que, por ejemplo, es clave para el desarrollo de nuevas terapias basadas en nanotecnologías para lo que se requiere compren- der el comportamiento de los nanomateriales usados en el complejo ambiente biológico. Qué lejos quedan los impresionantes trabajos de Ra- món y Cajal en la neurociencia por los que Recibió el Premio Nobel de Medicina en 1906. Las visiones a través de su vetusto microscopio las transcribió al pa- pel, D. Ramón,mediante plumilla operada por su propia mano y sirvieron para comprender mejor y la constitu- ción de partes del cuerpo humano y posibilitar un impul- so relevante a la medicina. En la actualidad, se han desarrollado y se investiga para el logro de microscopios basados en tecnologías de la luz con una resolución espacial de unos pocos nanómetros mediante métodos que utilizan transicio- nes entre estados brillantes y oscuros [15] por lo que recibieron el premio Nobel de Química Eric Betzig, S te- fan W. Hell y William E. Moerner “ por el desarrollo de la microscopía de fluorescencia de superresolución ” en 2014 [16]. Se prosigue trabajando mediante tecnolo- gías de la luz para mejorar la resolución y ya se han aportado nuevos conceptos innovadores como MIN- FLUX [17] que alcanzan la resolución molecular (del orden de 1 nm). Investigando con Pinzas Ópticas En 1986 el investigador Arthur Ashkin propuso que mediante la luz láser se podrían atrapar, impulsar cuer- pos muy diminutos gracia a las fuerzas que sobre ellos ejerce su campo electromagnético. Su trabajo, se ha reconocido al concederle el premio Nobel de Física 2018 por sus aportaciones seminales en la física que han posibilitado las pinzas ópticas y su aplicación a los sistemas biológicos [18]. La fuerza ejercida por un haz láser sobre un cuerpo dieléctrico diminuto es proporcional a la intensi- dad del campo electromagnético (mas fotones) por lo que tiende a situar el cuerpo hacia el lugar del haz donde el campo es más intenso e impulsarle en el sentido de propagación del mismo. Situando dos haces láser en oposición y convenientemente focali- zados, un objeto dieléctrico muy diminuto tendería a ser situado en el lugar en el que ambos haces foca- lizados se cruzan quedando, el mismo, atrapado sin contacto físico alguno (figura 6a). Si tras ello, el sis- tema de atrapamiento se traslada, el objeto atrapado sigue al sistema. Si el objeto atrapado es impulsado con un láser transversal adecuado, el objeto enton- ces puede ser impulsado en la dirección de propaga- ción del tercer láser y en definitiva siguiendo cual- quier motivo en 3D. La partícula atrapada puede ser introducida mediante el tercer láser en un fibra óp- tica de cristal fotónico de núcleo hueco y ser tras- ladada sin contacto físico alguno (por la luz guiada dentro de núcleo hueco de la fibra) a lo largo de la fibra; si por el extremo contrario se sitúa un cuar- to laser en contraposición, controlando las intensi- dades del tercer y cuarto laser, la partícula se puede situar en cualquier posición de la citada fibra y en ellas efectuar tratamientos análisis de la citada partí- cula [19]. Asimismo, se destaca que mediante múlti- ples haces láser es posible atrapar y manipular múlti- ples partículas.