Barcelona.- Científicos de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) han logrado observar por primera vez con un microscopio a escala nanométrica, en tiempo real y gracias a una nueva tecnología, cómo los cristales se transforman en líquidos al incrementar la temperatura.
Este avance, según los investigadores, es de gran importancia para mejorar técnicas de criopreservación de proteínas, células y tejidos vivos, para la fabricación de fármacos y dispositivos electrónicos o para la ingeniería de tejidos, donde esta transición entre vidrio y líquido desempeña un papel clave.
Los científicos, que han publicado su investigación en la revista Nature Physics, han visto qué sucede cuando los cristales se calientan y cambian a una fase líquida, la llamada transición vítrea.
Desafíos
El físico de la UAB y del ICN2 Cristian Rodríguez Tinoco ha recordado que los cristales son materiales sólidos cuya estructura tan desordenada podrían considerarse como líquidos de una viscosidad muy elevada.
Están no sólo en ventanas, vidrieras o pantallas, sino en la fibra óptica, en materiales industriales plásticos y también en el estado que presentan proteínas, estructuras celulares y tejidos vivos cuando se congelan para criopreservarlos.
Aunque es un fenómeno habitual, los científicos aún no han podido desarrollar teorías sobre los mecanismos por los que un líquido se enfría y se convierte en un vidrio, y a la inversa, como un vidrio se transforma en líquido al calentarse.
Los físicos todavía no saben a ciencia cierta si es una transición de fase y entonces puede considerarse el vidrio como un estado termodinámico distinto de los estados líquido y sólido.
O si, por el contrario, el vidrio es simplemente un líquido enfriado por debajo de la temperatura de congelación, pero manteniendo propiedades de líquido, donde los átomos o moléculas tienen muy poca movilidad.
Una de las mayores dificultades para entender este proceso está en los desafíos que aparecen para poder visualizarlo a través del microscopio con suficiente resolución, ya que las estructuras del líquido enfriado y del vidrio son prácticamente indistinguibles.
Importancia del avance
De ahí la importancia de este avance científico, en el que también han participado investigadores de la UPC y del IMB-CNM (CSIC).
Ahora, los científicos han podido desarrollar una nueva metodología que permite observar directamente en el microscopio qué sucede en un cristal cuando se calienta por encima de la temperatura de la transición vítrea, el llamado proceso de relajación que lo transforma en un líquido.
Los investigadores han trabajado con cristales orgánicos ultraestables, que se preparan mediante evaporación térmica, que son más densos y exhiben una mayor estabilidad cinética y termodinámica que los cristales convencionales obtenidos directamente a partir de líquidos.
Según Rodríguez, a diferencia de los cristales convencionales que se transforman hacia el estado líquido de forma global, sin distinciones claras entre diferentes regiones del material, estos cristales ultraestables hacen la transición hacia un estado líquido de una forma similar a como lo hacen los sólidos cristalinos cuando pasan al estado líquido, con la formación de zonas en fase líquida que van creciendo progresivamente.
Se trata de un proceso que hasta ahora sólo se había observado sólo en modelos computacionales.
«Anteriormente ya se había inferido de estos modelos que las zonas en fase líquida que se van produciendo tienen una separación extraordinaria entre ellas cuando se trata de cristales ultraestables, pero esto nunca se había observado directamente», ha remarcado Rodríguez.
Modelos computacionales
Mediante un microscopio de fuerzas atómicas los científicos han visto que «se trata de movimientos y compresiones muy pequeños, del orden de unos pocos nanómetros cuando comienza la transformación, pero lo suficientemente grandes para que puedan ser medidos de forma precisa con un microscopio de este tipo, que monitoriza in situ las deformaciones de la superficie que aparecen por encima de la temperatura de transición», ha detallado la física Marta Ruiz.
«Por primera vez hemos conseguido hacer una comparación directa entre los modelos computacionales y la realidad física. Pensamos que esta técnica también será de gran utilidad para comprender la transición de cristales menos estables producidos a partir de líquidos reenfriados», ha explicado el investigador Javier Rodríguez Viejo. EFEciencia
