"En microscopía todo está evolucionando"

Entrevista a Ondrej Krivanek.

"En microscopía todo está evolucionando"

Ondrej Krivanek visitó el Instituto Balseiro, en Bariloche. Foto: Laura García Oviedo - Prensa Instituto Balseiro.

Instituto Balseiro Suplementos por Laura García Oviedo / Área de Comunicación Institucional del Instituto Balseiro (CNEA-UNCUYO) / Publicado el 21 DE DICIEMBRE 2017

Es un referente mundial de la microscopía y durante su reciente paso por Bariloche, el Área de Comunicación del Instituto Balseiro (CNEA-UNCUYO) le hizo esta entrevista. Ondrej Krivanek es un físico checoslovaco-británico y doctor en Física por la Universidad de Cambridge, y vive en Estados Unidos (EEUU). En esta nota cuenta parte de la historia de estos aparatos que ayudan a conocer la materia en escalas pequeñísimas.

El científico y tecnólogo Ondrej Krivanek es uno de los pioneros mundiales en el campo de la microscopía electrónica. Gracias a sus desarrollos, ayudó a mejorar la habilidad de analizar la materia a la escala atómica. Es cofundador de la empresa Nion, compañía líder en instrumentos de microscopía. También es uno de los científicos que desarrollaron la “corrección de la aberración”, un fenómeno que desveló a los microscopistas por más de medio siglo y que consistía en una especie de miopía de estas poderosas máquinas.

La Royal Society, de la cual es miembro, destaca en su sitio web que los microscopios de Krivanek “ahora pueden mapear elementos químicos en muestras sólidas con resolución atómica y con una sensibilidad de un átomo individual”. En esta nota, realizada en el marco del IV Congreso Argentino de Microscopía –que se desarrolló en el Centro Atómico Bariloche y en el Instituto Balseiro– el físico habla sobre la historia de la microscopía, sus aportes a este campo y para qué se utilizan los microscopios en la actualidad.

¿Qué tanto ha avanzado la microscopía desde sus orígenes?

El progreso ocurre en olas. El microscopio electrónico se inventó en la década de 1930 en Alemania. En los 50 comenzó a ser útil porque se pudieron ver “dislocaciones”, es decir, se pudo ver cómo se deforman los materiales. Y en los 60 y 70 se empezaron a resolver planos atómicos. El mundo está hecho en átomos, que están organizados usualmente en arreglos ordenados. El metal de esta silla (N. de la R.: señala una silla en el aula donde transcurre la entrevista) está hecha de cristales organizados como soldados en un desfile. En los 70 se descubrió que un haz de electrones excitaba todo tipo de señales electromagnéticas. Se empezaron a desarrollar los microscopios analíticos. Se empezó a ver qué tipo de átomos teníamos.

¿Y luego?

En la década del 2000 todo se puso mejor porque los microscopios tienen una visión imperfecta, así que desarrollamos “anteojos” para estos microscopios. Hicimos lentes y la visión mejoró. Se realizó lo que llamamos “la corrección de aberración” hace unos 10 años. Otro desarrollo en el que estamos trabajando, y es algo muy reciente, es la espectroscopía vibracional en microscopios electrónicos. Mejoramos la resolución en un factor de 10. Eso nos da una nueva ventana para estudiar los materiales. Si golpeo esta mesa, resuena y eso es porque excité fonones y con esta técnica puedo verlos vibrando. Es una técnica muy poderosa, sobre todo para analizar muestras biológicas. Es muy emocionante y es sólo el inicio.

¿Cómo ayudó con su equipo en el trabajo de la “corrección de la aberración”? O en otras palabras: ¿cómo ayudó a resolver la “miopía” de los microscopios?

Esa es otra historia muy interesante. En 1937 un teórico alemán muy inteligente escribió un paper diciendo que los microscopios electrónicos siempre tendrían un problema con la aberración esférica. Fue como decir “inventamos este hermoso instrumento y no funcionará”. Por ese entonces, el límite de lo que se podía ver no era malo, pero eso era hace 80 años. En la década de 1950, la gente empezó a trabajar en la corrección de la aberración y no funcionó; tampoco en los 60 ni en los 70. En los 80 tampoco se veía una solución.

¿Y qué pasó?

Había dos equipos en el mundo: nosotros en Cambridge (Inglaterra) y otro en Heidelberg (Alemania), que dijimos: “Quizás esto funcione”. Intentamos y los dos equipos tuvimos éxito. Los alemanes desarrollaron un corrector del haz de los miscroscopios electrónicos y nosotros hicimos un corrector para los microscopios electrónicos de transmisión con barrido. Estos dispositivos cambiaron completamente el modo en el que se hacía microscopía. Pero cuando se realiza un primer desarrollo, pasa un tiempo hasta que alguien lo empieza a usar. Esto tardó diez años en nuestro caso. En 1997 tuvimos correctores que funcionaban; hacia 2001 o 2002 se empezaron a usar en laboratorios de todo el mundo; en 2010 ya había alrededor de 500 correctores de aberración en microscopios a nivel global. Así que la cosa despegó.

¿Cómo se llaman las compañías?

Hay una compañía que se llama CEOS (las siglas de Correct Electron Optical Systems) y la nuestra se llama NION.

¿Qué es lo más chico que se puede ver en un microscopio?

Átomos individuales. Pero no todos los átomos tienen el mismo tamaño. Por ahora no hemos logrado ver un átomo individual de hidrógeno porque es muy movedizo y cuando lo iluminamos con el haz de electrones, se escapa. Eso es algo que llamamos daño por radiación. Del hidrógeno podemos ver su señal vibracional, pero es complicado. Creo que, por ahora, el átomo más chico ha sido el boro.

¿Cuáles son los principales desafíos de la microscopía?

Todo está evolucionando: es similar a la construcción de rascacielos, vas por más y más. Así que nuestro desafío actual en realidad consta de dos grandes desafíos. En espectroscopía vibracional, nos gustaría mejorar la resolución de energía. Hay cuestiones que no podemos resolver en la actualidad. Así que estamos trabajando en ello. Y el otro desafío es que, cuando empezás a agregar nuevos campos y empieza a haber todo un mundo de nuevos materiales, hay que trabajar en una atmósfera de gas o en un ambiente húmedo. Algunas de las muestras deben permanecer congeladas. Entonces hay que cambiar el manejo de las muestras en las facilidades de microscopios electrónicos. Hay muestras que deben verse en gases o en líquidos. Así que hay que hacer un nanolaboratorio en el microscopio y esto es un campo desafiante que precisa más flexibilidad y una mayor resolución.

Para alguien que sabe poco o nada sobre microscopios, ¿podría explicar por qué son tan importantes y en qué campos se pueden utilizar?

Tomemos como ejemplo tu teléfono celular. En su interior tiene microelectrónica y circuitos integrados. Esos circuitos no funcionarían si la gente no trabajase con la microscopía electrónica. Todos los fabricantes de semiconductores, como Samsung e IBM, tienen un montón de microscopios electrónicos para que los bits en tu celular funcionen. Eso es nanotecnología, comprimir las cosas mucho y hacerlas mucho más chicas. También se usan para entender la catálisis y cómo funcionan las baterías. Y si querés entender el modo fundamental en que la naturaleza ha hecho los materiales, hay que examinarlos en niveles atómicos con microscopios con resolución atómica.

Los microscopios también son fundamentales para el campo de la biología.

Sí, se usan en el campo de la biología. Con un microscopio se pudo ver la estructura del virus Zika, un problema muy urgente. Si no conocés cómo es el virus, no sabés cómo darle pelea.

¿Qué características o cualidades debe tener alguien que quiera trabajar en microscopía?

Curiosidad, querer saber de qué está hecho el mundo. Un niño que juega con robots será muy bueno en entender estos instrumentos que miran la materia en resoluciones espectaculares. Son un poco complejos, pero es un poco de mecánica y mucho de software. Y si querés trabajar en este campo, podés estudiar ciencia informática, física, biología, y tendrás un conocimiento básico. Pero la curiosidad es la clave. Las personas que se interesan en cómo funcionan las cosas… Ese sentimiento de curiosidad ayuda.

¿Por qué le gusta trabajar en el campo de la microscopía?

Porque es divertido y estás aprendiendo cosas nuevas todo el tiempo. Eso por un lado. Y por el otro, sentís que estás colaborando con algo, eso que la ciencia aún no ha resuelto. No decimos: “OK, la mecánica cuántica fue inventada en 1930 y no hay nada más que hacer”. Hay mucho por hacer. Lo podés ver. Cada nuevo teléfono celular es mejor que el anterior, incluso ahora hacen reconocimiento de voz. De hecho, da un poco de miedo. No se sabe cuánto pasará hasta que las computadoras sean más inteligentes que los humanos. Pienso que falta un largo trecho y, mientras tanto, está el desafío de descubrir. En 1900 podías caminar por el Polo Sur y podías ser la primera persona en hacerlo. Todo eso ha sido realizado. Pero en la actualidad, si hacés un espectro vibracional de un átomo, eso no ha sido hecho antes. Así que hay competencias donde se puede conseguir “ser el primero” y es algo divertido.


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