En viejas películas cursis, Lucretia Borgia da vueltas vaciando el polvo de su anillo en copas de vino descuidadamente desatendidas. El anillo de veneno suele ser una confección de filigrana de oro que sostiene un cabujón o piedra preciosa facetada que se puede romper para vaciar el contenido del anillo. Es invariablemente enorme, tan grande que es bastante extraño que nadie parezca notarlo.

Lucretia habría dado sus colmillos por la "cápsula inteligente" ideada en el laboratorio de Younan Xia en la Universidad de Washington en St. Louis. Una pequeña jaula de oro cubierta con un polímero inteligente, responde a la luz, abriéndose para vaciar su contenido, y volver a sellar cuando la luz está apagada. Infinitamente más astuto y discreto que el anillo de Lucretia, la nanojaula es demasiado pequeña para ser vista, excepto indirectamente:miles de millones cambian el color del líquido en un tubo de ensayo.

No Lucretia, Xia es un sanador más que un envenenador. La nanojaula inteligente está diseñada para llenarse con una sustancia medicinal, como un fármaco de quimioterapia o bactericida. Liberar cantidades cuidadosamente tituladas de un fármaco solo cerca del tejido que es el objetivo previsto del fármaco, este sistema de administración maximizará los efectos beneficiosos del fármaco y minimizará sus efectos secundarios.

El método para hacer las cápsulas y las pruebas de su rendimiento aparecieron en línea el 1 de noviembre. 2009, como parte del programa avanzado de publicaciones en línea de la revista Materiales de la naturaleza .

El primer paso para hacer una cápsula inteligente es mezclar un lote de nanocubos de plata. Se pueden hacer pequeños cubos de plata monocristalina agregando nitrato de plata (AgNO ₃ ) a una solución que dona electrones a los iones de plata, permitiéndoles precipitar como plata sólida. La adición de otra sustancia química estimula a los átomos de plata a depositarse en algunas partes de un cristal semilla en lugar de otras, persuadir a las semillas para que formen cubos de bordes afilados en lugar de grumos deformes.

Un segundo paso recorta las ocho esquinas de los cubos.

Los cubos de plata recortados sirven como "plantillas de sacrificio, "en el que toman forma las jaulas de oro. Cuando los nanocubos de plata se calientan en ácido cloroaurico (HAuCl ₄ ), los iones de oro del ácido roban electrones de los átomos de plata de los cubos. La plata se disuelve y el oro se precipita.

Se forma una piel de oro sobre los cubos de plata a medida que los cubos se van vaciando desde adentro. Los átomos de plata entran en solución a través de los poros que se forman en las esquinas recortadas de los cubos.

"Pero la parte realmente genial, "dice Xia, "y la parte interesante de la nanotecnología en general, es que las diminutas jaulas de oro tienen propiedades muy diferentes a las del oro a granel ". En particular, responden de manera diferente a la luz.

El físico Michael Faraday fue el primero en darse cuenta de que una suspensión de partículas de oro brillaba de color rojo rubí porque las partículas eran extremadamente pequeñas. "Su muestra original de un coloide de oro todavía se encuentra en el Museo Faraday de Londres, "dice Xia, Doctor., el profesor James M. McKelvey en el Departamento de Ingeniería Biomédica. "¿No es asombroso? Han pasado más de 150 años y todavía está ahí".

El color es causado por un efecto físico llamado resonancia de plasmón superficial. Algunos de los electrones de las partículas de oro no están anclados a átomos individuales, sino que forman un gas de electrones que flota libremente. La luz que cae sobre estos electrones puede hacer que oscilen como uno solo. Esta oscilación colectiva, el plasmón de superficie, elige una longitud de onda en particular, o color, fuera de la luz incidente, y este es el color que vemos.

La fuerte respuesta a una determinada longitud de onda, llamada resonancia, es lo que hace que la cuerda de un violín vibre en un tono en particular o permite que un niño bombee un columpio alto en el cielo pateando en el momento justo.

Y lo que es más, la resonancia del plasmón de superficie se puede sintonizar en el mismo sentido en que se puede sintonizar un violín.

"Faraday usó partículas sólidas para hacer su coloide, "comenta Xia." Puedes sintonizar la longitud de onda resonante cambiando el tamaño de las partículas, pero solo dentro de límites estrechos. No se puede llegar a las longitudes de onda que queremos ".

Las longitudes de onda que quiere son aquellas en las que el tejido humano es relativamente transparente, de modo que las jaulas en el torrente sanguíneo se puedan abrir con la luz láser que brilla sobre la piel.

El color de las nanojaulas se puede ajustar en un rango más amplio que el de las partículas sólidas alterando el grosor de las paredes de las jaulas. dice Xia. A medida que se deposita más oro y las conchas se espesan, una suspensión de nanojaulas cambia de rojo, a morado, a azul brillante, a azul oscuro, a las longitudes de onda en el infrarrojo cercano.

El equipo de Xia quiere alcanzar una ventana estrecha de transparencia del tejido que se encuentra entre 750 y 900 nanómetros, en el infrarrojo cercano. Esta ventana está bordeada por un lado por longitudes de onda fuertemente absorbidas por la sangre y por el otro por aquellas fuertemente absorbidas por el agua.

La luz en este punto dulce puede penetrar hasta varias pulgadas en el cuerpo.

"La gente solía hacer manifestaciones en las charlas, "Xia dice, risa. "Se ponían un láser de diodo rojo en la boca, y la audiencia podía verlo desde afuera, porque la longitud de onda del diodo es de 780 nanómetros, una longitud de onda en la que la carne es bastante transparente ".

Aquí las cosas se vuelven aún más complicadas y sorprendentes. La resonancia en realidad tiene dos partes. En la frecuencia resonante, la luz se puede esparcir de las jaulas, absorbido por ellos, o una combinación de estos dos procesos.

Así como pueden sintonizar la resonancia del plasmón de superficie, los científicos pueden ajustar la cantidad de energía que se absorbe en lugar de dispersar mediante la manipulación del tamaño y la porosidad de las nanojaulas.

Xia ilustra la diferencia entre dispersión y absorción con un maravilloso artefacto romano, la Copa Licurgo del siglo IV. La taza se ve verde jade desde el exterior, pero se vuelve rosa cuando se ilumina desde el interior.

Un análisis moderno muestra que el vidrio antiguo contiene nanopartículas de una aleación de plata y oro que dispersa la luz con fuerza en una longitud de onda en la parte verde del espectro. Cuando la copa se enciende desde adentro, sin embargo, la luz verde se absorbe, y vemos la luz restante, que es predominantemente rojo, el color complementario al verde.

En realidad, es el componente de absorción que los científicos aprovechan para abrir y cerrar las nanocajas. Cuando la luz se absorbe, se convierte en calor, y las nanojaulas están cubiertas con un polímero especial que responde al calor de una manera interesante.

El polímero poli (N-isopropilacrilamida), y sus derivados tiene lo que se llama una temperatura crítica. Cuando alcanza esta temperatura, sufre una transformación llamada cambio de fase.

Si la temperatura es inferior a la temperatura crítica, las cadenas de polímero son amantes del agua y se destacan de la jaula como cepillos. Los cepillos sellan los poros de la jaula y evitan que su carga se filtre. Si la temperatura está por encima de la temperatura crítica, por otra parte, las cadenas de polímero evitan el agua, encogerse y colapsar. Mientras se encogen los poros de la jaula se abren, y su contenido se desborda.

"Es un poco contrario a la intuición, "dice Xia." Por lo general, cuando vas a temperaturas más altas, una molécula se expandirá, pero este hace lo contrario ".

Como todo lo demás sobre este sistema, el polímero es sintonizable. Los científicos pueden controlar su temperatura crítica alterando su composición. Para aplicaciones médicas, sintonizan la temperatura crítica a una justo por encima de la temperatura corporal (37 grados Celsius) pero muy por debajo de 42 grados Celsius (107 grados Fahrenheit), la temperatura a la que el calor comenzaría a matar las células.

Luego viene la parte divertida. Una vez que hicieron sus cápsulas inteligentes, los científicos los probaron cargándolos con un tinte rojo brillante llamado alazarina carmesí, o rosa más loca. El tinte facilitó la detección y medición de cualquier liberación con un espectrómetro.

Las jaulas se cargaron agitándolas en una solución del tinte a una temperatura por encima de la temperatura crítica del polímero inteligente. Próximo, se sumergieron en un baño de hielo para activar el polímero para cerrar los poros y atrapar el tinte dentro de las jaulas. Las jaulas se volvieron a abrir bañándolas con la luz de un láser de infrarrojo cercano. La luz absorbida calentó las jaulas de oro por encima de la temperatura crítica y provocó el cambio de fase del polímero. El polímero colapsó los poros de las jaulas estaban expuestos, y el tinte se derramó.

A continuación, el equipo cargó cápsulas con doxorrubicina, un fármaco de quimioterapia común y, desencadenando la liberación de la droga con un láser, destruyó las células de cáncer de mama que crecían en pocillos en una placa de plástico.

Y finalmente, cargaron las cápsulas con una enzima que corta las paredes celulares de las bacterias y las usaron para matar una bacteria que es una parte normal de la flora de nuestra boca y garganta.

Lucrecia, Cómete tu corazón.

Fuente:Universidad de Washington en St. Louis (noticias:web)