Opinión

Láseres: tecnología para mejorar nuestro entorno

El láser es uno de los desarrollos de mayor importancia en y para la investigación científica y, además, ha impactado en el crecimiento tecnológico y económico de los países

Láseres: tecnología para mejorar nuestro entorno

Láseres: tecnología para mejorar nuestro entorno

La Crónica de Hoy / La Crónica de Hoy

Felipe Devia, Paulina Segovia y Santiago Camacho*

Resultado de la curiosidad y los conocimientos del físico Theodore Maiman sobre la naturaleza de los átomos y la luz, el láser (acrónimo de light amplification by stimulated emission of radiation: luz amplificada por emisión de radiación estimulada) se inventó hace casi 61 años, en mayo de 1960, y desde entonces nuestra vida cotidiana está rodeada de esta tecnología.

Maiman creó el primer láser en el Laboratorio Hughes en California, Estados Unidos. Desde su invento se han desarrollado láseres de características únicas, con una amplia gama de “colores” (ultravioleta, visible, infrarrojo), potencias y aplicaciones en la medicina: cirugías, diagnósticos, tratamientos terapéuticos; la microfabricación: orificios y canales diminutos, donde las herramientas convencionales pierden aplicabilidad; microscopios modernos que facilitan descubrimientos en biología, y un sinfín de aplicaciones en productos que mejoran la calidad de vida y benefician nuestra salud.

El láser es uno de los desarrollos de mayor importancia en y para la investigación científica y, además, ha impactado en el crecimiento tecnológico y económico de los países; por ello, es crucial continuar desarrollando nuevos y mejores tipos de láseres, en una constante innovación tecnológica.

En México, en diversas instituciones como los centros públicos de investigación coordinados por el Conacyt, existen grupos dedicados al

estudio de los láseres y sus aplicaciones. Uno de ellos, es el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), en cuyo Departamento de Óptica se alberga el Laboratorio de Láseres de Pulsos Ultracortos y Procesamiento de Materiales.

El grupo de investigación de este laboratorio se enfoca en el uso de láseres que emiten pulsos de luz de femtosegundos (mil millonésimas de millonésimas de segundo), los cuales, además de producir pulsos extremadamente breves, son capaces de modificar temporal o permanentemente las propiedades físicoquímicas de los materiales.

Se ha demostrado que las propiedades mecánicas, químicas y ópticas de las superficies en metales, semiconductores, aislantes y polímeros pueden modificarse mediante la irradiación láser. Esto puede lograrse gracias a la formación de micro/nano-estructuras inducidas llamadas LIPSS (Laser-Induced Periodic Surface Structures, por sus siglas en inglés). En el CICESE, estamos investigando múltiples aplicaciones de las LIPSS, entre otras: el coloreado de superficies, sin necesidad de pinturas; el incremento en la eficiencia de celdas solares, y la mejora en la emisión de lámparas incandescentes.

Mediante LIPSS se pueden adicionar propiedades a materiales que originalmente no poseen, como hidrofobicidad y características antibacteriales. También puede controlarse la humectación de un material para fabricar superficies auto limpiables o impermeables, espejos y vidrios antiempañamiento, incrementar la biocompatibilidad de implantes biomédicos, controlar la colonización bacteriana de superficies e incrementar la sensibilidad en sensores biofotónicos.

TECNOLOGÍA AMIGABLE CON EL AMBIENTE.

El término ablación significa remover átomos de la superficie. La ablación láser es un procedimiento que utiliza un láser cuya alta intensidad se concentra en un punto específico de la superficie del sólido para evaporarlo. De esta manera, se generan nanopartículas de alta pureza.

Si durante la ablación se usan diferentes medios, líquidos o gases, se obtienen nanopartículas de mayor complejidad físicoquímica. La ventaja de la ablación láser sobre otras técnicas existentes para la fabricación de nanopartículas es que éste es un método amigable con el ambiente, ya que no requiere de productos químicos y el proceso de fabricación es inmediato.

Nuestro grupo de investigación estudia esta técnica y la ha utilizado para sintetizar diversos tipos de nanopartículas para aplicaciones médicas. Por ejemplo, hemos fabricado nanopartículas de cobre, cobre-carbono, bismuto-carbono para estudiar sus efectos antibacteriales, fungicidas y su citotoxicidad en células cancerígenas. Las nanopartículas son útiles también en la fabricación de biosensores.

En años recientes se ha generado un gran interés en la fabricación de óxidos metálicos nanoestructurados debido a sus amplias y versátiles aplicaciones, como sensores químicos y biológicos, sensores ópticos, baterías de iones de litio, celdas solares, catálisis y fotocatálisis para protección del medio ambiente, etc.

En este sentido, la técnica de oxidación inducida por láser ha emergido como una alternativa novedosa que nos permite fabricar patrones complejos y precisos de distintos óxidos nanoestructurados, cuyas propiedades pueden ser modificadas de manera muy simple variando la potencia de la irradiación láser. En este contexto, nuestro grupo de investigación ha estudiado la formación de óxidos de Vanadio, Titanio, Molibdeno, Zinc, etc.

Un fenómeno relacionado con la ablación láser, pero que se lleva a cabo en líquidos en lugar de sólidos, se conoce como cavitación inducida por láser. El término cavitación corresponde a un fenómeno que genera cavidades (burbujas) y ondas de choque dentro de un fluido. Dicho fenómeno fue descubierto a inicios de la era industrial a partir de la erosión de las propelas de bombas hidráulicas y de embarcaciones a motor.

Este complejo fenómeno, en la mayoría de los casos, involucra tres submecanismos: en primer lugar, la generación de ondas de choque de muy alta velocidad haciéndolas responsables de la erosión en impulsores hidráhulicos. En segundo lugar, encontramos la formación de cavidades de gas en el líquido con una duración extremadamente corta, en el orden de milésimas de segundo, y cuyos tamaños pueden alcanzar 2 milímetros. Finalmente, también existe la posibilidad de alcanzar estados altamente energéticos del material al interior de la burbuja, tales que en el colapso se llega a emitir luz, este fenómeno se conoce como sonoluminiscencia.

La aparición y uso del láser facilitó el estudio detallado del fenómeno de cavitación, ya que es posible inducir la cavitación de forma localizada y controlada. En este sentido, este grupo de investigación lleva más de 15 años estudiando la cavitación láser para profundizar su entendimiento, así como explorar posibles aplicaciones. Una de las más sobresalientes que

hemos desarrollado, junto con un grupo de oftalmólogos, es un sensor de presión intraocular con base en cavitación láser inducida al interior del ojo humano. Otras aplicaciones de la cavitación láser son la microlimpieza de superficies, inyecciones sin aguja, ensambe de micro y nanopartículas y desinfección de fluidos, entre otras.

Nuestro grupo de investigación busca que los proyectos realizados tengan un componente social e impacto inmediato en el desarrollo tecnológico del país. Bajo esa óptica, ofrecemos temas de tesis a nivel licenciatura, maestría y doctorado, así como estancias posdoctorales.

*Los doctores Luis Felipe Devia Cruz (lfdevia7@gmail.com), Paulina Segovia Olvera (segovia_paulina@hotmail.com) y Santiago Camacho López (scamacholopez@gmail.com) son investigadores en el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California, (CICESE).