El lunes 3 de febrero Juan Molina Fernández defendió su tesis doctoral, titulada ‘Nanowire Resonators for Nanomechanical Spectrometry’, dirigida por el Dr. Álvaro San Paulo y la Prof. Montserrat Calleja Gómez, investigadores del grupo de Bionanomecánica en el Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC.
¿Cómo explicarías tu tesis?
El objetivo principal de mi tesis ha sido el desarrollo de un método para medir las propiedades mecánicas de nanopartículas individuales de manera eficiente y precisa utilizando nanohilos de silicio como sensores. Los nanohilos son unas agujas de cristal minúsculas —tan minúsculas que al lado de una aguja de coser se verían igual que esa misma aguja de coser al lado del obelisco de Buenos Aires—, que nos han permitido, por ejemplo, pesar partículas de oro con un diámetro de 30 nanómetros. Esto lo conseguimos midiendo las vibraciones de los nanohilos y observando cómo cambian dichas vibraciones a medida que las partículas se adsorben en su superficie.
Los nanohilos se comportan como muelles muy pequeños que vibran a frecuencias de millones de oscilaciones por segundo, por lo que una parte importante del trabajo de mi tesis lo he dedicado a implementar un método que permita medir estas oscilaciones tan pequeñas y tan rápidas mediante un láser. Aparte de esto, he desarrollado un modelo teórico que determina cómo conviene diseñar los nanohilos para medir la masa y la rigidez de las nanopartículas de manera óptima.
A partir de estos ingredientes, he aplicado los nanohilos para abordar dos desafíos tecnológicos relevantes. Por un lado, en una aplicación novedosa de nanofluídica abierta, he conseguido controlar el caudal de líquidos por las paredes del nanohilo con una precisión sin precedentes, en el orden de los zeptolitros por segundo. Si quisiéramos llenar una jarra de un litro con este caudal, tardaríamos lo mismo que en llenar todos los océanos de la Tierra con una manguera de jardín: más de 2000 veces la edad del universo. Este caudal lo establezco aplicando un voltaje entre el nanohilo y una gota microscópica de líquido en la que sumerjo la punta del nanohilo durante unos segundos, y lo controlo con precisión midiendo el cambio que produce en las vibraciones del nanohilo la masa de líquido que voy añadiendo, gracias a la gran resolución en masa que me proporciona la medida de estas vibraciones.
En una segunda aplicación, he añadido nanopartículas a ese reservorio microscópico de líquido para medir en tiempo real su masa mientras las transfiero directamente desde el reservorio a una región muy localizada en torno a la punta de los nanohilos, en la que la sensibilidad a la masa de las partículas es máxima. Para transferir las partículas una a una de manera eficiente, he explorado el campo de la acustofluídica y he utilizado vibraciones que hacen moverse las nanopartículas dentro del reservorio, aumentando la probabilidad de que choquen con la pequeña superficie del nanohilo sumergida y, por tanto, haciendo que sea más fácil “pescarlas”.
Ahora me gustaría trasladar todo lo que he aprendido a la caracterización de virus presentes en pequeños volúmenes de muestra líquida. Caracterizar las propiedades mecánicas de las nanopartículas es clave a la hora de detectarlas, identificarlas y desarrollar nuevas aplicaciones con ellas. En el caso particular de los virus, su masa puede servirnos como parámetro para detectarlos de manera rápida, mientras que su rigidez puede revelar su estado de infectividad. Y los nanohilos que he utilizado son dispositivos con un rango de detección de masas que se ajusta muy bien al rango de masas de los virus.
IMN-COMUNICACIÓN
