Cinco objetos cotidianos convertidos en instrumentos científicos

Que la inspiración siempre llega cuando menos te lo esperas y que, cuando llegue, lo mejor es que te pille trabajando son seguramente dos de los clichés más repetidos. Pero no dejan por ello de tener algo de cierto. Y si no, que se lo pregunten a la comunidad científica.

Cuando parte de tu trabajo es descubrir y aprender cosas que nadie conoce, aceptar cualquier idea, por absurda que parezca, es parte del día a día. Luego llegará la parte de testarla para confirmarla o descartarla, pero de partida, cualquier cosa puede ser la clave para un nuevo avance.

Cualquier cosa, incluidos objetos cotidianos que todo el mundo está acostumbrado a utilizar y que, en algún momento, alguien miró con otros ojos, preguntándose “¿Y si…?”. Como dice Scott Santens en Cracked, desde chucherías como el algodón de azúcar hasta herramientas como el hilo de pescar, cualquier cosa puede ser convertido en una herramienta para el conocimiento científico.

Algodón de azúcar para crear órganos artificiales

Pocos serán los que asocien el algodón de azúcar a otra cosa que no sean ferias y parques de atracciones. Estas nubes dulces, normalmente de color rosa, no son lo que uno consideraría una herramienta biotecnológica. Y sin embargo, para Leon Bellan, investigador de Centro Nanobiotecnológico de Cornell, el algodón de azúcar se sirvió de inspiración para su investigación en el campo de la ingeniería de tejidos.

Una de las principales limitaciones y desafíos a la hora de desarrollar órganos artificiales es la dificultad a la hora de reproducir nuestro complejo sistema circulatorio, que es esencial para llevar oxígeno y nutrientes a nuestros órganos. Un órgano artificial perfectamente formado no servirá de nada sin una red capilar que lo riegue.

Atendiendo a una conferencia sobre esta problemática, Bellan pensó que esa red de venas, vistas bajo el microscopio, debía ser bastante parecida al algodón de azúcar. Así que junto a sus colegas, decidió probar suerte. El proceso era bastante simple, de forma que se ahorraba tiempo y dinero respecto a métodos anteriores.

Lo que hicieron fue fabricar ese algodón de azúcar y luego regarlo con polidimetilsiloxano (PDMS), un polímero orgánico bastante común que se solidifica en 24 horas. Después, la estructura se sumerge en agua caliente y alcohol, de forma que el azúcar se disuelve, dejando en su lugar una red de canales microscópicos.

El resultado fue una estructura similar a los capilares de nuestro cuerpo, con pequeños tubos de entre 1 y 100 micrómetros. Para observar las características de flujo, hicieron pasar por ellos sangre de ratón fluorescente, comprobando que eraun modelo muy parecido al sistema cardiovascular humano, fabricado de forma más eficiente, rápida y barata que con otras técnicas usadas hasta el momento, y que supuso un paso adelante en la ingeniería de tejidos para el desarrollo de órganos artificiales.

M&M’s para resolver un problema con 400 años

Paul Chaikin, profesor de Física de la Universidad de Princeton, tenía debilidad por los M&M’s, y sus alumnos lo sabían, así que como broma decidieron colarse en su despacho y dejarle un bidón de 55 galones (el equivalente aproximado a 208 litros).

Ante la obvia perspectiva de un empacho, Chaikin decidió utilizar los dulces como parte de una explicación sobre la densidad con la que se almacenan las partículas según su forma. Se trata de un problema al que los físicos llevan siglos dándole vueltas: ¿cuál es la forma más eficiente de llenar el espacio, por ejemplo de una jarra?

La respuesta es que depende. En el siglo XVI, el matemático Johannes Kepler estudió esta cuestión y determinó que utilizando formas esféricas y colocándolas ordenadamente, se podía llenar un 74,04% del espacio, y ese era el máximo. Una afirmación que no pudo ser demostrada hasta 1998.

Pero si se colocan en desorden, la cosa cambia. Sin en vez de colocarlas ordenadamente, las esferas se dejan caer al azar, la densidad máxima siempre será del 64%.

Sin embargo, al utilizar M&M’s (la versión americana de nuestros Lacasitos), Chaikin y sus alumnos descubrieron que la densidad era del 68%, mucho más de lo que se creía posible con este experimento. Esto quiere decir que, al contrario de lo que se creía, las esferas no son la forma más eficiente de llenar el espacio, sino que lo son los esferoides oblatos, que resulta ser la forma exacta que tienen los M&M’s. Siguiendo con la investigación, el profesor descubrió que hay otra forma, la elipsoide, que resulta aún más eficiente en estas circunstancias, alcanzando una densidad de más del 74%.

Más allá del avance en geometría que esto supuso, el descubrimiento de Chaikin es un paso adelante en el desarrollo de mejores materiales compactos, en el campo de la nanotecnología o en la logística y envíos comerciales.

Como curiosidad, la empresa fabricante de M&M’s no participó en el estudio, pero como agradecimiento por la publicidad gratuita (el estudio de Chaikin se publicó en la prestigiosa Science), envió al profesor otras 125 libras (casi 700 kilos) de dulces.

Terciopelo para replicar colonias de bacterias

Esther Lederberg fue una de las mujeres que abrió el camino en la investigación sobre genética desde su puesto de profesora de microbiología e inmunología en la universidad de Stanford. Una de las cosas por las que es más conocida es por su colaboración con su primer marido, Joshua Lederberg, que ganó el premio Nobel en Medicina en 1958.

Pero la contribución de ella merece ser recordada como un ejemplo de creatividad y pragmatismo. Un día, yendo ambos en el coche, comenzaron a discutir cómo se podría demostrar si una bacteria se hace resistente a los antibióticos a través de la mutación de alguno de sus genes, o no. Para hacerlo, concluyeron, sería necesario contar con varias copias exactas de la misma población de bacterias.

Algo que no era tan fácil de obtener, hasta que Esther dio con el método: presionando una placa de Petri con sus colonias de bacterias contra una pieza de terciopelo, estas se adhieren a las fibras de la tela, convirtiéndola en un sello. Con ese sello se puede reproducir en nuevas placas las mismas colonias.

Esta técnica permitió ampliar ramas de la ciencia como la biología molecular, la inmunología y la ingeniería genética. De hecho, pueden encontrarse tutoriales sobre cómo llevarla a cabo, ya que aún se emplea en los laboratorios hoy en día.

Cinta adhesiva para hacer radiografías

Científicos de la Universidad de California-Los Ángeles se sobresaltaron al descubrir en 2008 que al despegar una sección de cinta aislante (el clásico celo) del rollo dentro de una máquina de vacío se generaban suficientes rayos X como para hacer una radiografía del dedo de uno de los investigadores.

“Llegamos a asustarnos un poco”, explica Juan Escobar, miembro del equipo, al pensar que había una fuente de radioactividad desconocida y sin controlar en un cajón en prácticamente todas las casas de los países desarrollados. Pero pronto se dieron cuenta de que solo ocurría en situaciones de vacío, algo por cierto no tan habitual.

Este tipo de emisión de energía, conocida como triboluminiscencia, ocurre cuando un sólido (normalmente un cristal) se aplasta, frota o raya, y fue observado por primera vez en 1605 y la explicación más aceptada sugiere que cuando un cristal se rompe, el proceso separa cargas opuestas, que al ser neutralizadas liberan cantidades de energía en forma de luz.

En 1953, un equipo de científicos soviéticos ya sugirió que el celo podía generar rayos X, algo que los investigadores de UCLA confirmaron, abriendo una puerta a nuevos aparatos de radiografías más baratos que los actuales, así como a nuevos telescopios para la exploración espacial.

Hilo de pescar para fabricar músculos robóticos

Los exoesqueletos están de moda. Aunque no sean algo precisamente nuevo, los avances en este campo se convirtieron recientemente en protagonistas cuando el saque de honor del Mundial lo realizó un afectado por parálisis gracias a uno de estos sofisticados aparatos.

Y junto a los esqueletos mecánicos, los ingenieros y científicos de todo el mundo trabajan para desarrollar músculos robóticos, mayoritariamente basados en nanotubos de carbono. Los músculos artificiales fabricados con este material pueden levantar 200 veces el peso de los músculos naturales del mismo tamaño.

Hasta que en febrero de este mismo año, un equipo internacional descubrió que había otro material mucho menos sofisticado que podía hacer el mismo (o similar) trabajo: el hilo de pescar. Los músculos artificiales que crearon con sedal podían levantar hasta cien veces más peso que los naturales de la misma forma y tamaño.

La ventaja del hilo de pescar es que, según los científicos, es posible hacer que se contraiga y que vuelva a su estado normal, igual que hacen los músculos, aplicando calor. Además, genera 5,3 kilowatios de trabajo mecánico por cada kilo de músculo, similar a los que produce el motor de un avión. Y todo esto utilizando solo hilo de pescar y un secador de pelo.