Científicos de la Universidad de Tecnología de Chalmers en Suecia han creado una simple plataforma óptica utilizando copos de oro en agua salada para visualizar fuerzas cuánticas y electrostáticas a escala nanométrica. Estas fuerzas, descritas como 'el pegamento invisible de la naturaleza', unen objetos diminutos y podrían informar avances en biosensores, medicamentos e incluso la formación de galaxias. La técnica revela interacciones a través de patrones de luz coloridos observados bajo un microscopio.
Investigadores de la Universidad de Tecnología de Chalmers han presentado un método basado en la luz para observar las fuerzas sutiles que rigen las interacciones en las escalas más pequeñas. Al suspender copos de oro microscópicos en una solución salina y colocar una gota en una placa de vidrio recubierta de oro, los copos se atraen hacia la superficie pero se detienen a distancias nanométricas, formando pequeñas cavidades que atrapan la luz y producen colores vívidos como rojo, verde y dorado.
La estudiante de doctorado Michaela Hošková, del Departamento de Física, explica la configuración: "Lo que estamos viendo es cómo las fuerzas fundamentales de la naturaleza interactúan entre sí. A través de estas pequeñas cavidades, ahora podemos medir y estudiar las fuerzas que llamamos 'el pegamento de la naturaleza' -- lo que une los objetos en las escalas más pequeñas. No necesitamos intervenir en lo que está sucediendo, solo observamos los movimientos naturales de los copos."
La plataforma resalta el equilibrio entre el efecto Casimir, una fuerza cuántica que atrae los copos más cerca, y la repulsión electrostática de las partículas cargadas en la solución salina. Los copos de oro, de aproximadamente 10 micrómetros de tamaño, crean cavidades de 100-200 nanómetros, permitiendo el autoensamblaje. Al ajustar la salinidad y monitorear los cambios de color mediante un espectrómetro, los investigadores cuantifican estas fuerzas.
Este trabajo se basa en cuatro años de investigación en el grupo del profesor Timur Shegai, evolucionando desde el descubrimiento de resonadores de copos de oro autoensamblados. "El método nos permite estudiar la carga de partículas individuales y las fuerzas que actúan entre ellas. Otros métodos para estudiar estas fuerzas a menudo requieren instrumentos sofisticados que no pueden proporcionar información a nivel de partícula," señala Shegai.
Las aplicaciones potenciales abarcan la física, la química y la ciencia de materiales, ofreciendo conocimientos sobre la estabilidad de partículas en líquidos para medicamentos, biosensores, filtros de agua y cosméticos. Hošková agrega: "Las fuerzas a escala nanométrica afectan cómo se ensamblan diferentes materiales o estructuras... podemos obtener conocimientos sobre cómo los mismos principios rigen la naturaleza en escalas mucho mayores, incluso cómo se forman las galaxias."
Los hallazgos aparecen en los Proceedings of the National Academy of Sciences bajo el título "Casimir self-assembly: A platform for measuring nanoscale surface interactions in liquids," autorado por Hošková, Oleg V. Kotov, Betül Küçüköz, Catherine J. Murphy y Timur Shegai.