Consiguen mover objetos a distancias métricas utilizando sólo la luz

Durante más de 40 años, los científicos han utilizado la presión de radiación, o presión ejercida sobre cualquier superficie expuesta a la radiación electromagnética, para manipular pequeños objetos en el espacio.

Esta técnica ha resultado ser una herramienta muy útil para la manipulación de partículas microscópicas, células vivas, nanopartículas y átomos, y su uso está cada vez más extendido en los campos de la biología y de la física.

Sin embargo, hasta ahora, los movimientos conseguidos habían estado siempre restringidos a escalas muy pequeñas, de varios cientos de micrómetros (un micrómetro o micra equivale a una millonésima parte de un metro), y sobre todo en líquidos.

Ahora, según publica la revista Physorg, un equipo de investigadores ha desarrollado una técnica que permite desplazar partículas en el aire, a lo largo de distancias métricas.


Por el hueco de la luz

Este avance se consiguió gracias a ciertos cambios en un sistema de atrapamiento óptico tradicional, que permite atrapar pequeñas partículas mediante presión fotónica con una pinza óptica (instrumento que emite rayos láser para proveer una fuerza atractiva o repulsiva, que permite sostener y mover físicamente objetos microscópicos).

Gracias a dichos cambios, los científicos lograron desplazar objetos de un tamaño de 100 micrómetros por un espacio de metro y medio, y con una exactitud de alrededor de 10 micrómetros.

El investigador Vladlen Shvedov y sus colaboradores de la Universidad Nacional de Australia y de la Universidad Nacional de Taurida, en Ucrania, explican en la revista Physical Review Letters cómo lograron modificar el sistema para mover objetos en el aire y otros gases a través de largas distancias.

Los investigadores incorporaron concretamente un haz con vórtice óptico (un anillo de luz con un agujero oscuro en el centro) a un sistema de atrapamiento óptico común. Para hacerlo, realizaron un corte transversal en el sistema creando una especie de “tubería” óptica, en la que el anillo lumínico actuó como “pared de tubería” repelente, atrapando a las partículas que absorbían la luz en el centro oscuro del haz y a lo largo de la “tubería”.

Además del efecto de captura, una parte de la energía de la luz y la fuerza resultante empujaron a las partículas a lo largo de la “tubería” de láser hueca.

Dos tipos de partículas

Por otro lado, con un espejo móvil, los científicos controlaron la dirección del haz, y de esta forma lograron dirigir las partículas hacia objetivos situados a más de un metro de distancia.

El movimiento de las partículas se produce porque, cuando éstas son calentadas con luz de manera no uniforme, las moléculas de aire o gas que las rodean rebotan contra su superficie a diversas velocidades, creando una fuerza que las empuja del espacio de mayor iluminación hacia el de iluminación más baja.

La manipulación óptica a larga distancia fue realizada con dos tipos de partículas: conglomerados de nanopartículas de carbono con diámetros de entre 100 nanómetros y 100 micrómetros; y microesferas de cristal vacías recubiertas de carbono, y de un diámetro de entre 50 y 100 micrómetros.

En ambos casos, las superficies de carbono hicieron que estas partículas absorbieran bien la luz, con una reflectividad extremadamente baja.

Tal y como demostraron los investigadores, la técnica permitió manipular las partículas con un alto nivel de exactitud, moviéndolas hacia objetivos situados a medio metro de distancia, en el caso de partículas de diámetros de entre 60 y 100 micrómetros.

Posibles aplicaciones

Según explica otro de los autores del estudio, Andrei Rode, de la Universidad Nacional de Australia, cuanto mayor sea la distancia por la que se desea mover las partículas, mayor potencia láser se precisa. El peligro de la tecnología, por tanto, radica en calentar demasiado las partículas e incluso quemarlas.

Por eso es importante el material del que éstas estén hechas. Con las partículas utilizadas, no sería un gran desafío conseguir que éstas se movieran incluso más de 10 metros de distancia, asegura Rode.

La manipulación óptica de partículas a través de grandes distancias puede tener diversas aplicaciones, como el transporte sin contacto de contenedores de sustancias peligrosas o sensibles, como virus, células vivas o gases.

Además, esta tecnología permitiría dirigir y agrupar nanopartículas presentes en el aire. Por último, dado que la técnica desarrollada se puede aplicar a una amplia gama de materiales, también podría usarse para estudiar partículas aerotransportadas, como los aerosoles atmosféricos y el polvo interestelar, afirman los científicos.