A través de un proyecto Fondequip Mayor impulsado por ANID, la iniciativa propuesta por el Dr. Francisco Melo del Departamento de Física y el Centro de Investigación SMAT-C, incorpora una tecnología de alta resolución y haces de iones que permitirá realizar “ingeniería inversa” a sistemas biológicos y estudiar el impacto de la nanotecnología en distintos procesos relacionados.
Actualmente, comprender los mecanismos fundamentales de la vida requiere mucho más que solo observar en superficie; exige desarmar y analizar los mecanismos que gobiernan la materia autoorganizada en su escala más íntima. En ese cruce entre la física y los sistemas vivos, la ciencia de materiales, un campo históricamente dedicado a materiales “duros” como metales, cerámicos y polímeros, proporciona una base extraordinaria de métodos para abordar los materiales o la materia “blanda”, donde pertenecen los materiales que implementan la vida.
La materia blanda aborda el estudio de las propiedades de sistemas complejos, tales como, membranas biológicas, proteínas, sensores y actuadores moleculares, con el fin de comprender estrategias de funcionamiento en bacterias, células y sistemas incluso más complejos. Este enfoque proporciona una mirada complementaria a la biológica, puesto que es una mirada desde los fundamentos físicos, con un énfasis en el reduccionismo y lo cuantitativo.
Para avanzar en esta frontera, es necesario contar con herramientas que permitan interactuar físicamente con el sistema bajo estudio para revelar su arquitectura interna. En ese contexto, la Usach se adjudicó un Fondequip Mayor para la adquisición del Microscopio Electrónico de Barrido de Emisión de Campo con Haz de Iones Focalizados (FESEM-FIB). La iniciativa, que involucra un financiamiento de la ANID de 950 millones de pesos, es liderada por el Dr. Francisco Melo de la Facultad de Ciencia, físico experimental y director del centro de estudio Soft Matter Research and Technology Center (SMAT-C).
El objetivo final es realizar imágenes tridimensionales de la naturaleza: no basta con obtener una imagen superficial, sino que es preciso “tallar” selectivamente y reconstruir tridimensionalmente estos tejidos para entender sus engranajes internos.
“Este equipo nos permite hacer una especie de ‘ingeniería inversa’ de la naturaleza microscópica. Podemos seleccionar un sistema microscópico, desarmarlo y entender cómo funciona. Por ejemplo, ver cómo una bacteria interactúa mecánicamente con un antibiótico: ¿Se rompe la pared celular? ¿Se debilita? ¿Se le hacen agujeros? ¿Se condensa su ADN si interactúa con nanopartículas de plata? Con el FIB podemos hacer cortes seriados y ver si nanopartículas han penetrado la bacteria o si nano plásticos han logrado penetrar la barrera hemo encefálica, por ejemplo”. explicó el Dr. Melo
El nuevo equipamiento representa un salto tecnológico sustancial para la universidad, ya que cuenta con tecnología Emisión de Campo o Field Emission, por sus siglas en inglés (FE), que genera un haz de electrones de alta coherencia y brillo, similar a la pureza de un láser, permitiendo obtener imágenes de resolución superior.
“La gran novedad de esta incorporación radica en su tecnología de haz de iones enfocado, FIB por sus siglas en inglés (Focused Ion Beam), lo que en un lenguaje cotidiano se podría entender como un “segundo cañón” que dispara iones para tallar la materia a escala nanométrica”, comentó el académico Usach.
Específicamente, la configuración FESEM-FIB funciona como un laboratorio de manufactura y análisis en miniatura. El FIB actúa como un bisturí atómico capaz de realizar cortes transversales (cross-sections) o erosionar la muestra capa por capa, lo que permite al investigador “rebanar” una célula, una bacteria o un material cualquiera, tomar imágenes (en FESEM) de cada corte y luego reconstruir la estructura completa en tres dimensiones, revelando información que antes permanecía oculta bajo la superficie.
Asimismo, esta capacidad de examinar la materia tiene aplicaciones críticas, como el estudio de la seguridad nanotecnológica. Según el Doctor en Ciencias Biológicas, comprender de manera temprana cómo interactúan los nuevos materiales con los tejidos vivos es clave para anticipar posibles efectos adversos en la salud humana, evitando escenarios similares a los ocurridos históricamente con materiales como el asbesto o amianto, que fueron ampliamente utilizados antes de conocerse sus impactos negativos. En este sentido, este equipamiento permitirá generar evidencia científica fundamental para orientar el desarrollo y la aplicación responsable de nuevas tecnologías antes de su adopción masiva.
Finalmente, el proyecto se estructura sobre una red de colaboración transdisciplinaria que va más allá del SMAT-C y la Usach, integrando instituciones como la Universidad Andrés Bello, la Universidad de los Andes, la Universidad de la Frontera, la Universidad de Valparaíso y la Pontificia Universidad Católica. Asimismo, la propuesta incluye programas de postgrado afines de la Universidad de Concepción, la Universidad Técnica Federico Santa María y cuenta con colaboraciones con centros de microscopía electrónica en Chile y Latinoamérica, Europa y Estados Unidos.
“La instrumentación es vital para la competitividad en investigación. No se trata de comprar equipos porque son en sí necesarios, sino de tener la inteligencia colectiva para adquirirlos en el momento en que surgen las preguntas científicas concretas, que pueden ser respondidas con las herramientas seleccionadas. Este equipo llega para satisfacer necesidades que vienen del lado de la biología y la materia blanda que antes no podíamos abordar, permitiéndonos también desarrollar áreas complementarias, como la nanofotónica, necesaria para la detección de biomarcadores y metabolitos”, concluyó el Dr. Francisco Melo.
Texto y fotografía: Benjamín Groff Bugueño
