La importancia de ser ferroeléctrico

Dentro de unos años aparecerán muy probablemente un nuevo tipo de tratamientos para controlar la arterioesclerosis. Los medios de comunicación, como suelen hacer, los tendrán en titulares una semana, entrevistando a los creadores del fármaco, y olvidándose totalmente de indagar en los orígenes: en qué se basa, qué descubrimiento lo hizo posible.
También evolucionarán las técnicas en ingeniería de tejidos para la regeneración de vasos sanguíneos, y esto dará otro insulso titular a los medios.

Este artículo tratará sobre lo que hay detrás de una aplicación tecnológica (futura, en este caso) para hacer comprender al lector la importancia de la investigación básica, y la insensatez que supone criticar el sistema de investigación actual porque “es poco aplicado y genera pocas patentes y pocos beneficios”.
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En febrero de 2012 apareció en la revista Physical Review Letters un artículo titulado Biological Ferroelectricity Uncovered in Aortic Walls by Piezoresponse Force Microscopy, resultado del trabajo de dos equipos de ingenieros biomédicos de las universidades de Boston y Washington liderados por Katherine Zhang y Jyangyu Li.

El título del artículo podría traducirse como Descubierta ferroelectricidad en las paredes de la aorta de tejidos biológicos usando microscopía de fuerza piezoeléctrica.
Este título debe sugerir tres preguntas al lector: ¿Qué es la ferroelectricidad? ¿Qué es la microscopía de fuerza piezoeléctrica (PFM)? Y la más importante: ¿Para qué leches sirve esto?

Para explicar qué es la ferroelectricidad primero hay que tener ciertos conocimientos básicos.
La materia, en su estado “natural” que nos decían en el cole, es neutra: tiene cargas positivas y negativas en igual número. Cuando las cargas positivas y negativas no coinciden espacialmente tenemos lo que se conoce como dipolo eléctrico:

Dipolo-Electrico-Lineas-Campo

Cuando no consideramos sólo un átomo, sino que vamos a una escala mucho más grande, lo normal es que los dipolos estén orientados al azar. Sin embargo, cuando aplicamos un campo eléctrico las cargas se orientan y quedan todas mirando hacia el mismo lado: se dice entonces que están polarizadas.

RED Ferroeléctricos cambio orientación

La ferroelectricidad es una propiedad de ciertos materiales que poseen polarización eléctrica espontánea, es decir, que sin necesidad de aplicarles campo eléctrico los dipolos ya se orientan ellos solitos, y esta polarización puede invertirse mediante la aplicación de un campo eléctrico externo.
O más visualmente, los materiales ferroeléctricos se comportan como se ve en la siguiente animación:

RED Histéresis

¿Y qué era eso del microscopio de fuerza piezoeléctrica?
Ese cacharrímetro, bastante complejo, se basa en el efecto piezoeléctrico. Algunos sólidos, especialmente muchos cristales, al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización en su superficie, apareciendo un voltaje eléctrico que puede aprovecharse o amplificarse. Algunos micrófonos y altavoces se basan en este efecto: al llegar la onda sonora la presión oprime el material piezoeléctrico, y la señal eléctrica generada es la que registra luego la electrónica del ordenador.

Micrófono piezoeléctrico

Este microscopio lo que hace es justo lo contrario: barre la superficie de una muestra con una punta hiperfina a la cual se le aplica un voltaje, y la muestra así se contrae o se expande (justo igual que en un altavoz), dando unas imágenes tan molonas como la que sigue, en las que los colores indican la piezoelectricidad de cada punto de la superficie del material:

Topografías sin corregir

Todo esto está muy bien, pero… ¿sirve para algo?

Los investigadores examinaron la pared de la aorta del cerdo común, y haciendo uso del microscopio PFM, determinaron por primera vez que un tejido blando tenía propiedades ferroeléctricas, y además establecieron la dirección de la polarización en las paredes aórticas.

El colesterol es una molécula polar, y su adherencia a las paredes de los vasos sanguíneos depende de la polarización de las mismas. Por tanto, si se consiguiese cambiar esa polarización mediante algún fármaco con moléculas cargadas u otro medio, los problemas vasculares causados por el dichoso colesterol pasarían a ser historia.

Además otros experimentos han demostrado que cuando se invierte la dirección de polarización, se produce la trombosis in vivo, lo que sugiere un origen electromagnético del desencadenamiento de esta enfermedad, y abre la puerta a nuevas vías de investigación.

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El proceso que se ha seguido y se seguirá en el futuro para llegar a producir algún día esos tratamientos requiere, sobre todo, un montón de investigación básica (comprender la ferroelectricidad, desarrollar el PFM, conocer las características de los tejidos, etc.), de esa que no se sabe si llegará a buen fin o no.

En la investigación científica es prácticamente imposible condicionar la financiación a los resultados, no se puede pretender que los científicos vean en una bola de cristal qué investigaciones darán resultados aplicables y que trabajen sólo para producir patentes, porque en ese caso los proyectos complejos como este, que requieren décadas de vidas de científicos dedicados a ir juntando cachito a cachito el conocimiento necesario, nunca podrían llegar a buen puerto.

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Una respuesta a La importancia de ser ferroeléctrico

  1. Samuel dijo:

    Eso ya lo inventó Magneto… sólo que invirtiendo los polis terrestres y no las venas. 😉

    Buen comienzo, cojo de Lepanto!

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