El nuevo instrumento NIST dará a los científicos una ventana al cambio a nanoescala

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El nuevo instrumento NIST dará a los científicos una ventana al cambio a nanoescala, se parece más a un tubo principal de agua que a un microscopio, pero es un nuevo instrumento construido a medida en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) proporcionará a los científicos una nueva capacidad para vislumbrar cambios momento a momento en materiales en nanoescala.

El nombre de la herramienta es casi tan largo como su huella de 45 metros: se lo denomina instrumento de dispersión de neutrones de ángulo muy pequeño (VSANS). Asi de Culmina con varios años de ingeniería interna, VSANS llena un vacío en la visión que los investigadores estadounidenses han anhelado durante al menos una década: la capacidad de detectar cambios a escala nanométrica en materiales que podrían mejorar los medicamentos , los chips en su computadora e incluso el jabón en la ducha.

La escala en la que «las cosas suceden» en esos y otros materiales está entre 10 y 1000 nanómetros, es el reino de la nanotecnología. Una vista en esta escala de tamaño significa que puede observar cómo las cadenas de moléculas se ensamblan en estructuras más complicadas u observar cómo un nuevo y prometedor interruptor electrónico de prototipo cambia de una configuración a otra. Comprender estos cambios es clave para aprovecharlos. «Es la escala de longitud más crítica para ver las propiedades emergentes de los materiales», dijo Dan Neumann del NIST, un físico del Centro de Investigación de Neutrones (NCNR) del NIST.

El instrumento ofrece a los científicos la capacidad de ver a esta escala, e incluso diez veces más pequeño, hasta un nanómetro (medida de longitud que equivale a la milmillonésima parte del metro) . Además, los investigadores pueden observar los cambios que suceden a lo largo del tiempo, en milisegundos por milisegundo. Otros instrumentos en el NCNR usan un enfoque similar al VSANS para mirar dentro de objetos sólidos, pero no proporcionan información estructural en una escala de longitud tan amplia, ni pueden revelar cambios dinámicos.

Parte del atractivo del instrumento es su capacidad para explorar la biología. Entre los objetivos más importantes para los medicamentos también es uno de los más difíciles de estudiar: las proteínas de membrana. Ubicadas dentro de la membrana externa protectora de nuestras células, estas moléculas complicadas resisten el estudio porque son difíciles de cristalizar (una estrategia útil para analizar la mayoría de las otras proteínas), pero comprender su comportamiento es crucial para el diseño de un fármaco.

«Usando neutrones, podemos ver estas proteínas a medida que se ven en su estado natural», dijo Kenneth Rubinson, investigador invitado de la Wright State University en Ohio, que ha estado realizando experimentos en el NCNR durante 15 años. «Esperamos que VSANS nos permita obtener estos datos más rápido para que podamos obtener mejores modelos de la estructura».VSANS también permite a sus usuarios explorar objetos en múltiples escalas de longitud simultáneamente, proporcionando más perspectiva de la que ofrecería cualquiera de las escalas. Por ejemplo, un enfoque para administrar drogas de manera efectiva implica encapsularlas en burbujas de tamaño nanométrico llamadas micelas (se denomina micela al conjunto de moléculas que constituye una de las fases de los coloides. Es el mecanismo por el cual el jabón solubiliza las moléculas insolubles en agua, como las grasas)  que permanezcan en el torrente sanguíneo a medida que viajan a sus objetivos. Ver cómo estas micelas se comportan y se conectan entre sí atrae a Elizabeth Kelley, una científica especialista en instrumentos del NCNR del NIST.

«Con otros instrumentos, es como hacer una película donde solo se puede ver la mitad de la imagen a la vez», dijo. «He perdido mucho tiempo tratando de optimizar la ubicación que estamos buscando para no perdernos nada, pero con VSANS no tienes ese problema. Ver cómo estas micelas interactúan con el tiempo puede ayudarnos a entender cómo se puede liberar un medicamento, o qué tan eficiente es para encapsularlo «.

Las micelas también se forman en productos cotidianos como el shampoo. Ajustar su comportamiento puede hacer que todos estemos más felices una vez que salgamos de la ducha.

«No pensamos en eso, pero el shampoo es en realidad un fluido complejo hecho de nanopartículas y polímeros, y sus propiedades físicas básicas en última instancia afectan, por ejemplo, la cantidad de shampoo que se seca en el cabello», dijo John Riley, que está terminando una beca postdoctoral del Consejo Nacional de Investigación en el NCNR. «Aquí solo estamos mirando las propiedades básicas de las micelas, pero cuanto más sepa sobre esas propiedades, más podrá se controlar lo que hace ese fluido».

Fuente: NIST