Las ondas se forman como consecuencia de una perturbación, son una vía de propagación de energía. Las olas del mar o las formadas por una gota en el agua son ondas que se pueden apreciar a simple vista.
En el mundo microscópico también existen ondas. La luz, por ejemplo, está formada por ondas. El ojo humano percibe diversas longitudes de onda y el cerebro las interpreta en forma de colores. Pero existen más ondas fuera del espectro visible, y aunque no las vean los científicos han aprendido a manipularlas y a sacarles partido, como en el caso de la luz infrarroja. El calor es la fuente primaria de las ondas infrarrojas. La luz infrarroja es la base de un instrumento muy especial: el espectrómetro. El espectrómetro se utiliza para la caracterización de moléculas, es decir, para identificar lo que hay en una muestra.
La innovación en los espectrómetros ha permitido trabajar cada vez con muestras más pequeñas, pero han llegado a un límite. Al igual que la luz se concentra con una lupa, la luz infrarroja se puede concentrar con lentes adecuadas, pero hasta un límite.
IBAN AMENABAR; CIC-nanoGUNE: Esta técnica se utilizaba con muestras de unos milímetros, y con la óptica clásica convencional fueron focalizando más y más. Hasta que llegaron a un límite intrínseco, un límite físico: no podían enfocar por debajo de las 10 micras.
RAINER HILLENBRAND; CIC-nanoGUNE: Este que veis aquí es un microscopio óptico bastante especial, nos permite ver nanoestructuras con luz. Con los microscopios ópticos convencionales eso no es posible debido al límite fundamental causado por la difracción. Es decir, no podemos ver o visualizar una nanoestructura si su tamaño es menor que la longitud de onda de la luz. Normalmente las nanoestructuras son más pequeñas que las longitudes de onda de la luz en un factor de 10 a 100 veces menor. Por eso llevamos años desarrollando esta técnica microscópica que nos permite visualizar nanoestructuras con luz.
Esta técnica se basa en la espectroscopia de infrarrojos de transformada de Fourier, FTIR, y como trabaja en escala nanométrica la llaman nano-FTIR. Son dos instrumentos en uno, un microscopio y un espectrómetro.
IBAN AMENABAR; CIC-nanoGUNE: Colocamos la muestra aquí. Solo con la vista no podemos ver nada.
La luz infrarroja sale de la fuente y es dirigida y concentrada mediante un sistema de lentes. El corazón del microscopio es una aguja minúscula. El secreto de la resolución de esta técnica se encuentra en la punta de dicha aguja: la luz es dirigida al ápice donde se concentra. Y la resolución depende del diámetro de ese ápice: 20-30 nm.
RAINER HILLENBRAND; CIC-nanoGUNE: El principio es el siguiente: podemos recordar los antiguos tocadiscos donde una aguja escanea una superficie. Es como si tocásemos la superficie para hacer un perfil de altura. Además, dirigimos la luz a la aguja que actúa como una antena de ondas de radio: concentra la luz que le llega en el ápice. Es muy afilado, de unos nanómetros, muchísimo más pequeño que las longitudes de onda de la luz. De manera que creamos un campo de luz muy concentrado, es similar a lo que se hace con las lentes pero a escala nanométrica. Detectamos la luz que vuelve de la aguja y, en el ordenador, la combinamos con la posición para crear una imagen óptica con una resolución que está determinada únicamente por el tamaño del ápice.
En esta ocasión han visualizado un virus. Hasta hace poco nadie hubiera imaginado que se pudiera ver un solo virus con un microscopio de infrarrojos.
Los biólogos de Nanogune tienen sus esperanzas puestas en esta técnica, les sería muy útil porque además de ver una estructura biológica obtienen información sobre su composición. El espectro se asemeja a la huella dactilar de una molécula, así, pueden saber qué molécula o moléculas forman la estructura. Poder manejar esos dos tipos de información sería especialmente relevante en el estudio de las proteínas.
SIMON POLY; CIC-nanoGUNE: Estamos interesados en las proteínas y en su estructura tridimensional. Es una familia de moléculas donde la estructura y la función van de la mano. Una estructura diferente da una función diferente. Es interesante conocer la estructura de un proteína porque en base a eso podemos suponer la función que tiene. La idea que está detrás de esto es que en algunas enfermedades existen proteínas que han cambiado, de manera que una proteína normal se ha vuelto patológica y tiene un efecto dañino para el cuerpo.
En el laboratorio de nanobiotecnología estudian proteínas relacionadas con enfermedades neurológicas como el alzheimer, la enfermedad de las vacas locas o el parkinson, en cuyo origen se encuentran unas proteínas que han cambiado su configuración. En el caso del alzheimer una de las claves en el avance de la enfermedad es la beta-amiloide: una proteína que forma placas que obstaculizan el correcto funcionamiento del cerebro. La visualización de proteínas una a una marcaría un antes y un después.
IBAN AMENABAR; CIC-nanoGUNE: La espectroscopia de infrarrojos en mejor resolución es una de las aplicaciones que tendrá este microscopio. Ahora mismo lo estoy desarrollando para mejorar su sensibilidad y ver cosas más pequeñas, hasta llegar a una sola proteína. Se trata de desarrollar la técnica experimentalmente, y, por otra parte, de ver sus posibles aplicaciones y cómo interpretarlos.
Durante diez años estuvo Rainer Hillenbrand desarrollando esta técnica en Múnich, Alemania. Con su grupo de trabajo comercializó el microscopio, y, ahora, en Donostia, ha llegado la hora de sacar partido a su trabajo.
RAINER HILLENBRAND; CIC-nanoGUNE: Queremos desarrollar nuevas aplicaciones, queremos ver qué podemos hacer con esta herramienta. Los últimos años los hemos pasado desarrollando la técnica, ahora, queremos aplicarla.
