El microscopio bajo el que crecen los polímeros

Estos dos grandes amigos que se fotografiaron como tales en el año 2000, en la inauguración del Donostia International Physics Center, son Pedro Miguel Etxenike, fundador de ese Centro y su actual Presidente y Heinrich Rohrer, Premio Nobel de Física de 1986 "por su diseño del microscopio de efecto túnel". Rohrer, que falleció en 2013, era un visitante bastante asiduo de Donosti y del DIPC, un científico vital y divertido que en los sucesivos espectáculos sobre ciencia (Passion for Knowledge), organizados por el DIPC desde 2005, lo mismo te daba una charla multitudinaria que se reunía con estudiantes de Secundaria a contarles sus vivencias o a comerse un bocata. Hasta el Búho tuvo el honor de compartir más de una cerveza con él.

Sin entrar en detalles de la física cuántica en la que se basa, podemos decir que el microscopio de efecto túnel (STM) permite "ver" superficies y sus detalles hasta nivel de los átomos que la componen. Y he puesto la palabra ver entre comillas porque un STM no es un microscopio al uso, ya que no nos deja ver esa superficie cuando colocamos nuestro ojo en un ocular. Todo es mucho más complicado pero, al final, podemos obtener una imagen de la superficie en cuestión con la citada resolución atómica. Y lo que es tan importante o más, podemos además de ver "manipular" esos átomos individualmente para construir estructuras sobre una superficie.

Para ilustrar a los no entendidos sobre la importancia del asunto, científicos de IBM, la compañía para la que trabajaba Rohrer, fueron capaces en 1989 de mover adecuadamente 35 átomos individuales de un elemento químico llamada xenon sobre una superficie fría de níquel y "escribir" de esa forma el logotipo de la compañía. También el DIPC hizo lo mismo años más tarde, obteniendo un vídeo en el que se movían y organizaban átomos de plata y oro sobre una superficie de cobre. Una foto del resultado final la podéis ver abajo a la derecha.

En 2013, IBM publicó un vídeo en YouTube en el que encadenando una serie de fotogramas uno detrás de otro se construyó la que se denominó la película más pequeña del mundo, titulada "Un chico y su átomo", moviendo en este caso moléculas de monóxido de carbono (CO, un átomo de carbono unido a uno de oxígeno) sobre una superficie de cobre. El video, de poco más de un minuto, lo podéis ver en este enlace. Si no lo habéis visto nunca merece la pena. Cada pareja con dos pequeñas esferas es una molécula de CO.

Desde que Rohrer diseñó el primer STM, se ha empleado en multitud de aplicaciones y ha constituido una herramienta fundamental en lo que denominamos Nanotecnología. Pero el pasado día 15 de marzo (mi septuagésimo cumpleaños para más señas) mi amigo Fernando Gomollón-Bel, al que hablando de años le saco casi cuarenta, publicaba en la revista Chemistry World la reseña de un artículo científico que a mi me resultó fascinante, probablemente por el sesgo que me acompaña para todo lo que tiene ver con polímeros y plásticos.

Hace ya algún tiempo, os contaba en este Blog una historia de espionaje entre dos laboratorios en los que se generó una de los más importantes logros en el mundo de los plásticos. Se trata de la llamada polimerización Ziegler-Natta que permitió obtener, en los años cincuenta y en condiciones muy benignas de temperatura, dos de los polímeros que más se venden, todavía hoy, en el mundo: el polietileno de alta densidad (HDPE y el polipropileno isotáctico (i-PP). La base de estos procesos está en el empleo de unos catalizadores a base de titanio y aluminio, en cuya superficie los polímeros en cuestión empiezan a crecer en largas cadenas al engancharse una tras otra las unidades que se repiten en ellos, igual que se adicionan las cuentas de un collar.

Pues bien, en el artículo que Fernando referencia y utilizando un microscopio de efecto túnel se ha grabado un vídeo en el que, sobre una superficie de carburo de hierro, se puede ver a diferentes unidades de etileno adicionándose una tras otra, hasta constituir cadenas de polietileno. Las cadenas que se forman son pequeñas, no van más allá de diez o doce unidades, porque para conseguir imágenes de calidad adecuada los investigadores han tenido que usar determinados trucos, como parar la reacción de cuando en cuando, además de un cierto photoshopping. Pero al final, el trabajo demuestra que una primera unidad se ancla sobre el sustrato y posteriormente otras se las arreglan para irse enganchando a pequeñas cadenas en crecimiento. De forma similar a la que yo utilizaba para explicar a mis estudiantes, durante años, la polimerización Ziegler-Natta del polietileno y el polipropileno.

Tengo que confesaros que, sin quererlo, Fer me ha hecho un buen regalo en este especial cumpleaños.