Desentrañando la «caja negra» de los microscopios de sonda de barrido para la próxima generación La evolución de las técnicas de microscopio de sonda de barrido (MSB) ha sobrepasado la formación de imágenes y la manipulación basada en la resolución atómica sencilla, llegando en la actualidad a un nivel submolecular y subatómico. Sin embargo, este éxito puede hacer peligrar los cimientos de un conocimiento real sobre el proceso, razón por la que el proyecto ACRITAS, financiado con fondos europeos, se puso en marcha para restablecer el equilibrio. Investigación fundamental © Rost9, Shutterstock Desde la invención del microscopio de efecto túnel en 1981, considerado por muchos el del nacimiento de la nanociencia, el mercado de los instrumentos de sonda por barrido se ha consolidado como uno de gran prosperidad. Estas herramientas ofrecen muchas posibilidades a escala nanoscópica, entre ellas resolver enlaces químicos individuales, medir sus propiedades y aprovechar su simetría espacial. Sin embargo, según el Profesor Philip Moriarty, coordinador del proyecto ACRITAS, financiado con fondos europeos, la amplia disponibilidad actual de instrumentos comerciales implica que «la microscopia de sonda de barrido (MSB) se ha convertido de alguna forma en una víctima de su propio éxito». Según el Profesor, MSB suele equipararse simplemente con una formación y caracterización de imágenes rutinaria, lo que tiene como consecuencia que la técnica se trate como una «caja negra» de la que los usuarios únicamente tienen un conocimiento superficial de sus principios operativos, principios teóricos y limitaciones. A fin de desentrañar esta «caja negra», objetivo fundamental del proyecto ACRITAS, se llevaron a cabo iniciativas interdisciplinares de formación e innovación para jóvenes investigadores. Redefiniendo el estado de la técnica en microscopia de sonda de barrido Tras esbozar los objetivos investigadores del proyecto ACRITAS, el Profesor Moriarty explica que «la técnica de sonda de barrido recurre a la utilización de muchos artefactos y desafíos experimentales, a pesar de lo cual los datos obtenidos se asumen con una confianza incuestionable debido a la falta de conocimiento de lo que ocurre «debajo de la tapa». Un objetivo fundamental de la red ACRITAS consistió en formar a una nueva generación de investigadores MSB que fueran buenos conocedores de las peculiaridades de esta técnica». A fin de crear un entorno de formación atractivo y estimulante en materia de MSB, el proyecto ACRITAS reunió a distintos grupo de teóricos y especialistas en microscopia de sonda de barrido. Por una parte, un grupo de científicos físicos cuya investigación se realiza en condiciones un tanto extremas (vacío muy elevado, temperaturas criogénicas) y, por otra parte, equipos de académicos especializados en ciencias de la vida cuyo trabajo se centra en las interacciones y el control en entornos de importancia biológica. A pesar de utilizar las mismas técnicas experimentales, tradicionalmente ha existido poca comunicación entre los dos grupos. Al explicar el valor de esta estrategia de colaboración, el Profesor Moriarty explica que «como especialistas en microscopia de sonda cuya investigación depende de condiciones de vacío muy elevado (UHV) y temperatura baja, podemos aprender mucho de nuestros colegas que trabajan en entornos mucho menos controlados y más extremos». Los intercambios entre estos grupos han posibilitado un conocimiento más profundo de los desafíos que deben superarse a nivel de análisis de datos e instrumentos MSB. Como el Profesor Moriarty resume, «tender puentes entre los dos grupos ha favorecido el desarrollo de un programa de formación único en una disciplina en la que se basa gran parte de la ciencia del siglo XXI». Los beneficios del proyecto se examinan con microscopio Uno de los grandes cuellos de botella de la técnica MSB es su dependencia del estado del vértice de la sonda de barrido, ya que los pocos átomos que se encuentran en el extremo de dicha sonda determinan las funciones del microscopio. El proyecto ACRITAS ha posibilitado la obtención de una gran cantidad de conocimiento sobre cómo avanzar en materia de control, definición y redefinición de la sonda, aunque para mejorar la fiabilidad del proceso el equipo de trabajo ha sentado las bases que permitan su automatización. Mediante el aprendizaje automático, se prevé que el controlador de la sonda de barrido pueda diferenciar entre las imágenes buenas y malas, lo que eliminará la necesidad de que exista un operador. Además, el proyecto ha contribuido a un mayor conocimiento sobre los mecanismos de plegamiento de las proteínas y las interacciones entre las células y la sonda, materias que resultan de interés para las disciplinas de biomedicina y farmacia. Mirando más hacia el futuro, el Profesor. Moriarty especula con que «en última instancia, uno podría preguntarse sobre la posibilidad de que exista una tecnología similar a la impresión 3D con átomos». A pesar de estas ventajas técnicas, el Profesor Moriarty defiende el valor intrínseco de la investigación científica fundamental como una opción para ampliar los límites del conocimiento. Como conclusión, afirma que «hay muchas razones para que la ciencia vaya más allá de los beneficios industriales y comerciales. La naturaleza multidisciplinar del proyecto ACRITAS implicó que la interfaz entre las ciencias físicas y de la vida se difuminara, dando lugar a un espacio en el que se desarrolla la innovación con mayúsculas». Palabras clave ACRITAS, nanociencia, microscopio de sonda de barrido, submolecular, subatómico, átomo, microscopio
