Las primeras imágenes de moléculas extraterrestres a resolución atómica

¿Cómo llegó la vida a la Tierra? Una de las teorías más aceptadas es que los componentes fundamentales arribaron a nuestro planeta en cometas o asteroides. Las pistas pueden estar en estos cuerpos que son restos de la formación del sistema solar.

Ahora, un equipo de investigadores de IBM Research y de otras instituciones internacionales han logrado obtener las primeras imágenes de resolución atómica de moléculas extraterrestres del meteorito Murchison, que impactó en 1969 en Australia. Este avance permitiría estudiar otros cuerpos similares.

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Los científicos, que publican sus hallazgos en la revista Meteoritics and Planetary Science, registraron estas imágenes de la materia orgánica en el meteorito utilizando la microscopía de fuerza atómica (AFM, por sus siglas en inglés) de ultra alta resolución.

Gracias a la AFM, lograron identificar moléculas individuales, lo que -según los autores- constituye un avance, pues esto no se puede realizar con otras técnicas comunes. Además, permite estudiar con mayor detalle las moléculas presentes en las muestras de meteoritos, que suelen ser muy escasas.

El Comercio conversó con Leo Gross y Katharina Kaiser, investigadores de IBM Research, respecto al uso de esta tecnología, su aporte a las ciencias planetarias y a otros campos del conocimiento.

- ¿Cuál fue el objetivo principal del estudio?

Con este estudio, nuestro objetivo era mostrar que la AFM de alta resolución, con su sensibilidad de molécula individual, se puede utilizar para complementar los métodos analíticos de uso común para investigar moléculas del espacio exterior. Al demostrar esto por primera vez en un meteorito bien caracterizado como el Murchison, esperamos establecer esta técnica en este campo y poder obtener muestras nuevas y más grandes, donde AFM puede ayudar a identificar moléculas individuales que de otro modo podrían pasar desapercibidas al utilizar únicamente técnicas estándar.

- ¿Cómo funciona la tecnología AFM?

Estamos utilizando AFM de modulación de frecuencia sin contacto. Esto significa que la punta del AFM está unida a un sensor oscilante, en nuestro caso un sensor qPlus, y detectamos cambios en la frecuencia de resonancia mientras escaneamos la punta en un plano por encima de la molécula. Obtener resolución atómica sobre moléculas es posible gracias a un método que se ha introducido aquí en IBM hace 13 años, que es la funcionalización de la punta de AFM con una sola molécula de CO. Así, podemos acercarnos con la punta a la molécula, lo suficientemente cerca como para detectar las fuerzas que surgen debido a la superposición de las funciones de onda de los electrones de la punta y la molécula. Podemos visualizar átomos individuales y enlaces covalentes, donde la densidad de electrones es más alta dentro de la molécula. Para garantizar la estabilidad térmica y la limpieza de la muestra, el microscopio se mantiene en ultra alto vacío y a bajas temperaturas (es decir, alrededor de 5 Kelvin [-268.15]).

- ¿Esta tecnología fue creada por IBM?

Sí, la microscopía de sonda de barrido (Scanning Probe Microscopyo o SPM por sus siglas en inglés). La primera fue la microscopía de túnel de barrido (Scanning Tunneling Microscope o STM por sus siglas en inglés), inventada por Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, dos científicos que trabajaban en IBM en Zúrich, que fueron premiados con el Nobel en 1986 por ello; y AFM también se inventó en IBM hace 35 años. Más tarde también se inventó en IBM la técnica para obtener resolución atómica sobre moléculas por AFM con puntas funcionalizadas con CO.

- ¿Para cuáles otros propósitos se puede utilizar esta tecnología?

AFM es muy versátil y se puede utilizar para estudiar diferentes fenómenos y superficies. También existen múltiples modos. Se opera bajo vacío, en aire o en líquidos, y se investigan escalas de longitud de rangos de escaneo de milímetros a nanómetro. Nuestra implementación de AFM está optimizada para obtener la máxima resolución espacial. Entre algunas de sus aplicaciones podemos mencionar la ciencia y la tecnología de semiconductores, ingeniería molecular, física de polímeros, biología molecular, entre otras.

- ¿Y para qué otras aplicaciones la están usando?

En nuestro grupo, por ejemplo, analizamos reacciones químicas que podemos desencadenar con la sonda AFM e investigarlas a escala atómica. En otro proyecto, investigamos cómo cambian ciertas propiedades de una molécula individual al unir o quitar electrones individuales.

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