Irene Sánchez Brualla.
La semana pasada hemos conocido a los galardonados con los Premios Nobel de 2014. El más interesante para nosotros, debido a nuestro ámbito de estudio, es el de Fisiología y Medicina, y estamos preparando un resumen sobre los descubrimientos que le han valido este reconocimiento a John O'Keefe, May-Britt Moser y Edvard I. Moser. Entretanto, para no perder la oportunidad de repasar el resto de Nobeles
científicos -y dado que el de Química tiene relación con la Biomedicina, y el de Física es omnipresente en nuestra vida diaria-, en este artículo vamos a ver unas pinceladas sobre los premiados en Física y
Química de este año.
El Nobel de Física ha sido concedido a Isamu Akasaki,
Hiroshi Amano y Shuji Nakamura, por la optimización de la fabricación de LEDs
azules. Los LEDs están compuestos de dos láminas de semiconductor apiladas. Los
semiconductores son materiales que conducen la electricidad, pero con
dificultades. Si se añaden impurezas a estos materiales, se puede aumentar su
capacidad para conducir la electricidad. Existen de dos tipos: semiconductores
n y p (negativo y positivo). Para crear un semiconductor de tipo n, se le
añaden impurezas que contienen muchos electrones (cargas negativas), y a los de
tipo p se les añaden impurezas con pocas cargas negativas. Cuando se juntan dos
capas de estos semiconductores, los electrones pasan del de tipo n al de tipo
p, y cuando se establecen en las impurezas con ausencia de electrones, permiten
el paso de la corriente eléctrica, y generan luz (liberación de fotones). El color de la luz
depende del material con el que está fabricado el semiconductor, y el silicio,
el semiconductor más utilizado, produce luz en el rango del color rojo.
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| Esquema de un LED azul y de su funcionamiento. GaN: nitruro de galio. Fuente: http://spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/the-leds-dark-secret |
Para
conseguir luz LED de color azul, el mejor material que encontraron los
laureados de este año fue el nitruro de galio, sin embargo, fue mucho más
complicado conseguir generar luz a partir de este material que de otros
compuestos de galio. Fueron necesarios muchos ensayos y errores hasta
conseguirlo, incluso fue necesario utilizar diferentes materiales, más allá de
la combinación de capas de semiconductores de tipo n y p. Este descubrimiento
permitió generar luz LED blanca, combinando LEDs azules, rojos y verdes, y
recuperar la importancia de la perseverancia en la ciencia, sobre cómo la
repetición de diferentes variaciones de un proceso permite finalmente alcanzar
un objetivo valioso.
El Nobel de Química ha sido concedido a Stefan W. Hell, Eric
Betzig y William E. Moerner, por el desarrollo de la microscopía de
fluorescencia de alta resolución. En 1837 el microscopista Ernst Abbe
desarrolló una ecuación que situaba el límite del microscopio óptico en unos
0,2 micrómetros, la mitad de la longitud de onda de la luz visible,
aproximadamente. Los microscopios electrónicos permiten observar objetos
menores, pero requieren la muerte de la célula, lo que impide estudiar procesos
celulares en el momento en que se están produciendo.
Hell creó en el año 2000 la microscopía STED (stimulated
emisión depletion), un microscopio que emitía dos pulsos de luz: uno que
excitaba una superficie muy pequeña –nanómetros-, haciendo que las moléculas
fluorescentes de esta zona brillaran, y otro alrededor de él que apantallaba o
reducía la excitación de la zona de alrededor, impidiendo que emitiesen luz. El
microscopio escanea la muestra, y el resultado es una imagen de resolución
mayor que el límite de Abbe.
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| Microscopio STED. Fuente: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/fig2_stedmicroscopy.pdf |
Betzig y Moerner, trabajando por separado, desarrollaron la
otra tecnología: la microscopía de una molécula (single molecule microscopy);
esta consiste en tomar varias imágenes de la misma superficie, en cada una de
las cuales se iluminan algunas moléculas fluorescentes y otras no. La
superposición de estas imágenes también produce una imagen de gran resolución
-del orden de nanómetros-. En 1997, Moerner demostró que podía excitar una sola
molécula, la Green fluorescent protein (GFP), haciendo que emitiese luz y que
dejara de hacerlo cuando el investigador lo deseara. En 2006, Betzig demostró que cuando un fluoróforo
-una molécula fluorescente-, dejaba de emitir, era posible excitar un
fluoróforo próximo al extinto. Sobreponiendo las fotografías resultantes, se
obtiene una imagen de alta resolución del interior de la célula (esquema de esta técnica disponible en este artículo sobre el Nobel de Química).
Referencias consultadas:
http://www.scientificamerican.com/article/your-phone-screen-just-won-the-nobel-prize-in-physics/
(consultado: 13/10/2014)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/press.html (consultado: 13/10/2014)
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