En Naukas: el sonido para mejorar los medicamentos

Esta es la primera colaboración que hice para el nuevo Naukas.com. ¡Gracias por los comentarios! Aquí el enlace:

En esta entrada se va a demostrar un efecto y aplicación muy curiosa y útil que tienen las ondas acústicas. Concretamente, la levitación acústica.

Vamos primero a los principios: el sonido es una onda que necesita un medio para propagarse, es decir, es una onda mecánica. Es por esa razón por la que en el espacio, donde existe el vacío, no se puede escuchar nada. El ruido, ya sea melódico o estridente, no es más que la perturbación del aire. Esto no sorprenderá a nadie que vaya a una discoteca, por ejemplo. Se deja de escuchar cuando la onda pierde su energía según se aleja del origen.

Concretamente, la fuente de sonido perturba las partículas más próximas a ese foco acústico, las cuales transmiten su vibración a las siguientes del aire, y así consecutivamente. Además, se trata de una onda longitudinal, lo cual significa que el movimiento de las partículas es paralelo a la dirección de la onda.

Cuando en una misma recta se suman dos ondas de la misma frecuencia y amplitud, pero sentidos opuestos, y un desfase de media longitud de onda, tenemos lo que se llaman ondas estacionarias. La característica de este tipo de ondas es que cuentan con unos puntos, denominados nodos, en el que el movimiento aparentemente es 0. Depende del modo de vibración de la onda, los nodos estarán en puntos distintos de la línea, como en una guitarra.

Aquí hay un vídeo ilustrativo real de cómo se comportan este fenómeno:

Por otro lado, si esa recta de la onda coincide con la dirección de la fuerza de gravedad, podemos llegar a tener tramos de la onda estacionaria en sentido gravitatorio que son compensados por tramos en el sentido contrario y anti-gravitario. De esa manera, son esos nodos los lugares más estables. De esa manera, podemos tener cosas asombrosas como ésta:

Por lo tanto, la distancia entre los focos de las ondas necesariamente ha de ser un múltiplo de la longitud media de la onda.

¿Y esto para qué sirve? Se empezó a usar esta tecnología en 1987 y sigue usando hoy en día, en aplicaciones de microgravedad de la NASA. En este tipo de experimentos, las zonas estables de los nodos han de ser lo suficientemente grandes en comparación al objeto que se quiere hacer levitar. Normalmente el objeto es entre ½ y 1/3 del tamaño de la longitud de onda. Cuanta más alta sea la frecuencia del sonido, menor es el tamaño de lo que se puede hacer levitar.

Hace unos pocos días se hizo público un vídeo de levitación acústica de gotas de distintas sustancias farmacológicas a cargo de un grupo de científicos estadounidenses.

El efecto visual es sorprendente, y en este vídeo concretamente se ve con claridad cómo en la demo están buscando los nodos.

En este caso, es aún más chocante porque hace elevarse gotas de líquido. No es tan fácil ni se puede hacer con cualquier líquido, ya que hay que tener en cuenta el número de Bond de la gota. Se trata de un valor adimensional y relaciona la tensión superficial, la densidad y el tamaño de la gota. Si es muy bajo, la gota explotará y no podrá levitar.

¿Y qué tiene que ver el sonido y la levitación con los fármacos? A nivel atómico, las estructuras de los fármacos pueden ser amorfas o cristalinas. Normalmente los primeros tienen una mayor facilidad de absorción por el organismo debido a su mayor solubilidad sobre todo. Esto lleva a pensar que hace falta menor dosis de un medicamento de estructura amorfa que de estructura cristalina para conseguir el mismo efecto terapéutico. Sin embargo, la inmensa mayoría de fármacos comerciales tienen la peor opción: la cristalina.

No es tan fácil conseguir lo contrario, ya que si la sustancia se evapora en contacto con el recipiente, tiende totalmente a cristalizarse. Por lo tanto, se ve la necesidad de evaporar la sustancia sin que toque ninguna superficie o pared. Y para eso se usa la tecnología presentada en este artículo.

Es decir, la levitación permite estudiar el fármaco mientras adquiere la estructura desordenada, o amorfa. Para ello, los investigadores usaron una frecuencia de 22kHz, un poco por encima del espectro de audición humano, y se basaron en los diseños de la NASA para crear microgravedad.

Fuente: No magic show: Real-world levitation to inspire better pharmaceuticals (ANL)