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LOS MATERIALES BLANDOS, ALGUNAS VECES CONOCIDOS COMO FLUIDOS

complejos, incluyen polímeros, coloides, surfactantes y cristaleslíquidos, entre muchos otros. Estos materiales, aparentemente

distintos entre sí, poseen propiedades estructurales y dinámicas similaresque se localizan entre las de un sólido cristalino y las de los líquidos ygases moleculares simples. Los materiales blandos surgen de la compleji-dad y sofisticación del autoensamblado molecular. La versatilidad de estetipo de orden ha sido explotada por la industria manufacturera en laproducción de pinturas, plásticos, detergentes y muchos otros productosde uso diario. En la naturaleza, el autoensamblado controla la estructura delas proteínas y de los ácidos nucleicos. Este artículo pretende dar unaidea general de algunos de los principios físicos que hacen posible que elgénero humano y la naturaleza aprovechen el orden supramolecular de lamateria condensada blanda.

INTRODUCCIÓN

En la escuela aprendí que la materia puede existir en cualquiera de losestados líquido, gaseoso o sólido. Esta clasificación me pareció natu-ral hasta que, cuando tenía quince años, vi un programa de televisióndonde un señor ponía sobre una mesa una bola de plastilina del tama-ño de una papa. Sobre la plastilina colocaba con suavidad un enormey pesado mazo. En cámara rápida se podía observar que la plastilinase deformaba, bajo el peso del martillo, como si se tratara de un líqui-do. Posteriormente, el mismo señor giraba el mazo en el aire, con lamayor fuerza que le era posible, para terminar golpeando con él laplastilina. Esta última reventaba en astillas, como si fuera un cristal,lo que se podía apreciar perfectamente bien en cámara lenta. La con-clusión que del experimento extrajo el señor del programa fue que laplastilina se comporta como líquido, o como sólido, dependiendo dela rapidez con que se le golpee1. Mi conclusión fue que la clasifica-ción de los estados de la materia no era nada clara.

En realidad, la materia puede existir en una enorme variedad deestados. Tantos, que hasta la fecha no se les ha podido ordenar en una

MATERIALES BLANDOS

El Dr. José Miguel Méndez A. es investigador titular del Departamento de Física del CINVESTAV. Su correoelectrónico: jmendez@fis.cinvestav.mx

JOSÉ M. MÉNDEZ A.

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Variable física(unidades)

Partículascoloidales

Partículas delsolvente

clasificación universal. Es más, constantemen-te se descubren nuevos. No obstante, uno in-siste en catalogarlos, mas no en vano, pues loscatálogos generados, aunque incompletos, re-sultan de provecho en el trabajo de compren-sión y aprovechamiento de ciertos fenómenosnaturales. En el peor de los casos facilitan lacomunicación entre los científicos, lo que, porsí solo, es ya una enorme ganancia. En este sen-tido, la categoría de materia condensada es muyútil. Ésta comprende el caso en que las molécu-las que conforman ciertas sustancias permane-cen contenidas en un determinado volumen, comoen la atmósfera de la Tierra, en un vaso de aguao en un trozo de metal. Nuestra experiencia diarianos permite subdividir esta categoría de muchasformas distintas. Por ejemplo, según la respuestaa la rapidez con que se golpee, como en la anécdotade la plastilina. La temperatura ambiente pro-vee un criterio distinto, pero relevante para esteartículo. La agitación térmica de las moléculascondensadas a temperatura ambiente define unaescala de energía de aproximadamente 1/40 deeV2, valor que puede obtenerse de multiplicarla constante de Boltzmann kB por la tempera-tura T3. Si para causar cambios apreciables enun sistema se requiere de inyectarle energías muchomayores que kBT por molécula, se dice que elsistema es rígido, como es el caso de los sólidoscristalinos. Si las energías necesarias son del ordende kBT por molécula, estamos tratando con materiacondensada blanda.

Los líquidos y gases moleculares simples sonmateria condensada blanda, como una sal fun-dida o el gas de argón4. También lo son los flui-dos complejos o materiales blandos, como los

polímeros, coloides, surfactantes, cristales líquidosy biomateriales, entre muchos otros4. En estosúltimos, sin embargo, los cambios provocadospor una perturbación del orden de k

BT por

molécula pueden ir mucho más allá de lo des-crito por el calificativo apreciable; pueden serincluso catastróficos. En los biomateriales, porejemplo, un aumento en su temperatura de unoscuantos grados puede provocar la muerte de unser vivo. Los materiales blandos existen en unaenorme cantidad de estados, entre los cuales esposible “brincar” a causa de minúsculas pertur-baciones, como un pequeño aumento en la tem-peratura o agregando una pizca de sal. Más todavía,manipulando algunas de las variables del siste-ma se pueden diseñar, con facilidad y a bajocosto, nuevos estados de la materia, como loscristales líquidos.

El exótico comportamiento de los fluidoscomplejos o materiales blandos se debe, en buenamedida, a que en ellos coexisten muchas com-ponentes disímiles en sus escalas físicas relevantes.Los coloides, por ejemplo, son la suspensión departículas sólidas, o soluto, en un solvente lí-quido compuesto de moléculas de masa m, ta-maño s, carga Q y densidad numérica n, todasellas variables de valores muy distintos a los de

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s [Å] 103 1

m [g] 10-15 10-23

Q [e-] 103 1

n [cm-3] 1013 1022

t [seg] 10-8-10-3 10-12

TABLA 1. Órdenes de magnitud típicos de una suspensión coloidal.

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las partículas coloidales, como se muestra en latabla 1. En un solvente puro los fenómenos di-námicos relevantes ocurren en tiempos carac-terísticos t del orden de 10-12 segundos. Para laspartículas del soluto este tiempo varía entre 10-8 y10-3 segundos. No obstante la enorme diferen-cia entre sus tiempos característicos, ambas di-námicas están acopladas, de tal forma que elsolvente constituye un medio en el cual las par-tículas coloidales pueden dispersarse, forman-do una suspensión estable, como una pintura oun jarabe para la tos.

La estructura de los materiales blandos setorna más sofisticada, entre más compleja seasu composición. Supongamos, por ejemplo, queen vez de partículas coloidales tenemos suspen-didas en agua moléculas de surfactante, comolas que constituyen el detergente común. Estasmoléculas se conforman de una “cabeza” polar,o cargada, que, por motivos energéticos, gustade estar en contacto con las moléculas del agua,lo que le ha ganado el nombre de “cabeza”hidrofílica, y de una “cola” hidrocarbúrica que,por el mismo motivo, rechaza dicho contacto, porlo que es nombrada “cola” hidrofóbica. La mo-lécula completa, puesta en agua, no sabe quéhacer; una parte de ella quiere dispersarse en

el solvente, pero la otra parte quiere segregársele.Esta ambivalencia le ha ganado a las molécu-las de surfactante el nombre de moléculasanfifílicas. Cuando pocas de ellas se vierten alagua, éstas resuelven su dilema permanecien-do en la superficie, con la parte hidrofóbica alaire y la hidrofílica sumergida, formando lasfamosas películas de Langmuir. Cuando sontantas las moléculas vertidas que ya no alcan-za la superficie para colocarlas a todas, el ex-ceso se ve obligado a sumergirse completamente.Estas últimas resuelven su dilema formandoagregados esféricos, l lamados micelas, quemantienen la parte hidrofílica hacia afuera, encontacto con el agua, y la parte hidrofóbicaen su interior, alejada del agua. Si la concen-tración de surfactante se varía lentamente, unopuede “brincar” entre una enorme cantidad deestados distintos, algunos de los cuales se mues-tran en la figura 15. El mecanismo, por el cualestas estructuras tan exóticas se forman, se conocecomo autoensamblado.

Entre más variadas sean las partículas sus-pendidas, más sofisticadas podrán ser las fasestermodinámicas de la suspensión. Uno sólo ponea los constituyentes juntos y ellos solos, siguiendoprincipios que, en su mayoría, aún no se en-

Figura1. Algunos de los estados en que pueden existir las suspensionesde surfactante5.

Figura 2. Diagrama esquemático de una membrana celular formada por fosfolípidos6.Las incrustaciones representan proteínas, colesterol, azúcares, etc.

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tienden por completo, se autoensamblan demaneras sorprendentes, generando orden a nivelsupramolecular. La vida misma es el resultado deun complejísimo proceso de autoensamblado.Si bien es cierto que el origen de la vida no seentiende a ciencia cierta, también lo es que muchosde los componentes de los seres vivos se com-portan de forma muy similar a los materialesblandos que uno puede sintetizar en el labora-torio. Una membrana celular, como la que semuestra esquemáticamente en la figura 26, porejemplo, tiene una apariencia muy semejante alas estructuras de surfactante de la figura 1, sóloque con algunas proteínas incrustadas. De he-cho, la física que uno aprende experimentandocon membranas artificiales puede ser utilizadacon éxito en el estudio de membranas natura-les. Los materiales biológicos, o biomateriales,son también materiales blandos o fluidos com-plejos y, por lo mismo, objetos de estudio de laciencia de materiales. Como tales, no sólo seles considera en la investigación de los princi-pios fundamentales que rigen su comportamiento,sino también como elementos de posible apli-cación tecnológica. El ser humano, desde siempre,ha sacado provecho de los biomateriales, comocuando usa la piel de los animales para hacer

zapatos. Sin embargo, es la primera vez queestamos en posibilidades de acoplar materia vivae inerte a escala molecular, de forma contro-lada. Como un síntoma de que este desarrollotecnológico es inminente, valga mencionar queya hay organizaciones no gubernamentales (ONG’S)pugnando por su reglamentación7.

La pretensión de este artículo es proveer allector una idea general de algunos de los prin-cipios físicos fundamentales que hacen posibleque el género humano y la naturaleza aprove-chen el orden supramolecular de la materia con-densada blanda. Teniendo esto en mente, despuésde una breve introducción, en la segunda sec-ción se explican los principios del mecanismode autoensamblado. En la tercera sección sedetallan algunas aplicaciones, poniendo énfa-sis en la forma en que son determinadas por ladinámica de autoensamblado del sistema encuestión. La cuarta sección se dedica comple-tamente a los biomateriales, pues estos repre-sentan un tema en extremo novedoso. Finalmente,el artículo concluye con una sección de comen-tarios finales.

Figura 3. La figura muestra el número de formas en que se pueden obtener diversas sumas al lanzar dos y cien fichas con las caras marcadas con losnúmeros 0 y 1.

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AUTOENSAMBLADO

Imaginemos una ficha honesta con el númerocero en una cara y con el número uno en la otra,como se muestra en la figura 3. Si la lanzamosal aire, ambas cifras pueden caer con la mismaprobabilidad de 1/2. Supongamos ahora que te-nemos dos de ellas y las lanzamos al aire. Denuevo, cada una puede caer con la misma proba-bilidad de 1/2 con cualquiera de las dos cifrashacia arriba. Por este motivo, los posibles re-sultados apareados de ambas monedas (0,0), (0,1),(1,0) y (1,1) pueden ocurrir todos con la mis-ma probabilidad de 1/4. Las cosas cambian cuan-do uno deja de valorar a las fichas como entesseparados, considerándolas más bien como partesinterdependientes de un todo y fijándose, porejemplo, en la suma de las cifras. Al lanzar dosmonedas existe una de cuatro maneras en queel resultado de la suma puede ser cero o dos,pero dos de cuatro maneras de que sea uno. Lassumas no ocurren con la misma probabilidad.Esto resulta más evidente entre más monedassean lanzadas. En el lanzamiento de cien fichas,por ejemplo, sigue existiendo sólo una maneraen que la suma es cero, o cien, pero hay aproxi-madamente 1029 maneras en que la suma es cin-cuenta. Si este análisis se extiende a cada vezmás fichas, el resultado es sorprendente. Conun millón de ellas resulta que el 99.87% de loslanzamientos suman entre 498,500 y 501,500.Es como si las fichas se hubieran puesto de acuerdopara proporcionar sumas muy cercanas a 500,000.A esta regularidad numérica se le puede consi-derar un ejemplo de autoensamblado espontá-neo. El principio detrás es muy sencillo: cuando

hay muchos eventos de por medio, el resultadomás probable es el que termina ocurriendo.

La naturaleza de las cosas muy numerosases organizarse a sí mismas. No importa cuándistintas parezcan las manifestaciones colecti-vas resultantes, el principio detrás es siempreel mismo: las cosas ocurren de la manera másprobable. En el ejemplo del párrafo anterior elautoensamblado genera una regularidad numé-rica, pero en otros sistemas puede manifestarseigualmente de manera geométrica o mecánica,entre otras. Por ejemplo, en vez de monedaslancemos unas 1023 moléculas de agua, 1021

moléculas de aceite y 1015 moléculas de surfactante.La manera de hacerlo es mezclando agua, acei-te y detergente en un vaso. Tomemos una goti-ta de la emulsión resultante y coloquémosla bajoun microscopio interferencial. Este permiteobservar pequeñas diferencias en el índice derefracción de la mezcla y, de esta manera, de-tectar estructuras internas que pasarían desaper-cibidas a simple vista. Por el ocular se verá unlíquido mayormente desordenado, pero con al-gunas sorpresas. Mike Popchuk y Eric Weeksrealizaron el experimento en la Universidad deHarvard8. En cierta región del portaobjetos en-contraron la figura 4. Las moléculas del

Figura 4. Imagen parcial de una emulsión de agua, aceite y detergenteobtenida por microscopía interferencial8.

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surfactante forman burbujas que atrapan al aceiteen su interior. Éstas son de distintos tamaños yse ordenan como si se tratara de una figuraescheriana. Aunque no se entiende con detalleel mecanismo que permite la generación de estaconfiguración, este es un excelente ejemplo deque el autoensamblado espontáneo puede pro-ducir estructuras geométricas con un enormegrado de complejidad. Desde luego, al contra-rio del caso del lanzamiento de las fichas, el aná-lisis detallado del número de formas en que lasdiversas configuraciones entre las moléculas deagua, aceite y surfactante pueden ocurrir es, hastaahora, tarea imposible. No obstante, los cientí-ficos mantenemos la convicción de que la confi-guración observada es, con mucho, la más probable.

En términos termodinámicos, el principio deprobabilidad máxima mencionado en los párrafosanteriores toma la forma de maximización ominimización de ciertos potenciales termodinámicos,como la entropía, la energía libre, el gran poten-cial, y otros, según sea el caso. De esta manera, esposible desarrollar un acercamiento teórico a la pro-blemática de los materiales blandos. Sin embargo,este tema no será tratado en este artículo.

APLICACIONES

Tal vez la aplicación más ilustrativa de los ma-teriales blandos sean los detergentes. Éstos es-tán compuestos por moléculas de surfactantecomo las de la figura 1. Aparte del comporta-miento hidrofóbico de las cadenas hidrocarbúricas,éstas gustan de estar en contacto con las grasas.Por lo mismo, cuando se mezcla agua, aceite ydetergente, este último forma micelas que cap-turan el aceite en su interior. Como en su exte-rior se encuentran las cabezas hidrofílicas, lasmicelas son solubles en el agua y sirven de ve-hículo al aceite que, de esta forma, puede fluirhacia el desagüe. Esta estructura es visualizadaen la figura 4, donde las burbujas contienen aceiteen su interior y están rodeadas por agua. Estapropiedad de autoensamblado de las moléculasde surfactante también puede utilizarse para extraerrestos de petróleo de los pozos que ya perdie-ron su presión interna. Otra aplicación puedeser la producción de microalambres, si en vezde micelas, que son esféricas, se construyen es-tructuras alargadas, llamadas vesículas, en unasuspensión de partículas metálicas microscópi-cas. El metal es atrapado en el interior de lasvesículas, donde se funde conservando la for-ma de su recipiente. Al lavar la suspensión, sólorestan microalambres. A este método de sínte-sis se le conoce como mimético, pues imita elcomportamiento de la materia viva.

Las burbujas de jabón son otro ejemplo ilus-trativo. En este caso, una delgada película deagua queda atrapada entre dos capas esféricasconcéntricas de moléculas anfifílicas con su ca-beza hidrofílica volteada hacia el agua y su cola

Figura 5. La figura muestra esquemáticamente el proceso de recubri-miento de superficies con ayuda de las monocapas de Langmuir6.

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hidrofóbica hacia el aire dentro y fuera de laburbuja. La formación de capas de anfifilas es,de hecho, muy útil. Si construimos, por ejem-plo, una película de Langmuir, podemos recu-brir una placa de algún material, sumergiéndolay extrayéndola varias veces de la suspensión. Cadavez que la placa cruza la superficie una monocapade anfifilas se adhiere a ella, como se muestraen la figura 56. Este proceso sirve para recubrirmateriales con el fin de protegerlos del ataquede los agentes externos a que se expongan.

Una aplicación muy conocida es la de loscristales líquidos que pueden autoensamblarseen una suspensión coloidal. Las partículas delsoluto interactúan entre sí constituyendo lo quese conoce como macrofluido, pues el papel quejuegan las moléculas en un líquido molecular,como el solvente, es tomado aquí por las partí-culas coloidales (el solvente juega en el macrofluidoun papel similar al del vacío en los líquidosmoleculares). Las fases gaseosa, líquida y sóli-da son también fases del macrofluido. Éstas sepueden alcanzar variando la temperatura o laconcentración, como se haría en un líquidomolecular, pero, a diferencia de estos últimos,la fase del macrofluido puede variarse tambiéncambiando el pH de la suspensión. En la fasegaseosa las partículas del soluto, o macropartículas,se distribuyen de forma más o menos desorde-nada en todo el volumen que ocupa el solven-te. En la fase líquida éstas adquieren un ordenmás bien difuso. En la cristalina todas lasmacropartículas se colocan en los nodos de unamacrored que se extiende por todo el volumendel solvente. Se tiene entonces un macrocristalde partículas coloidales inmersas en un líquido

molecular sustentante. Es decir, se tiene un cristallíquido, cuyas dimensiones pueden ser del or-den de centímetros. Si las partículas suspen-didas no son esféricas y se manda luz polarizadaa la suspensión, ésta es dispersada de forma dis-tinta en distintas direcciones. Cuando se ob-serva a través de polarizadores, el resultado esun patrón de diferentes tonalidades. Con ayudade campos eléctricos externos estos patronespueden ser controlados en grado tal que in-cluso posibilitan la construcción de pantallasde computadora.

La interacción entre las partículas coloidalespuede ser manipulada fácilmente. Esto permi-te diseñar suspensiones estables, es decir, queno coagulan, ni sedimentan, para la conserva-ción de ciertos productos, como pinturas, jara-bes y sopas. Siguiendo los mismos métodos,también puede manipularse la interacción en-tre proteínas suspendidas, obligándolas aautoensamblarse en un cristal líquido, lo queposteriormente permite determinar su estruc-tura molecular por dispersión de rayos X.

Las aplicaciones de los materiales blandosson muchas. Su uso industrial ha sido intensoy extenso desde la revolución industrial misma.En la actualidad es común encontrarlos en la

Figura 6. La foto, tomada con un microscopio electrónico10, muestrafilamentos de actina con un diámetro de 8-9 nm. In vivo son capaces dealcanzar longitudes de hasta 100 µm.

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industria metalúrgica, química, médica, farma-céutica, alimenticia, ecológica, de pinturas, yotras. Siempre se están encontrando e investi-gando nuevos usos. El tema de sus aplicacioneses tan amplio que resulta imposible presentaruna revisión medianamente completa en un soloartículo. La pretensión de esta sección ha sidomás bien mostrar cómo el mecanismo de auto-ensamblado puede generar estructuras explota-bles tecnológicamente. Una búsqueda en la redbajo los términos “colloids”, “colloidal crystals”,“soft condensed matter” y otros similares, ayu-da al lector interesado a profundizar en el temacon centenares de direcciones de sitios que aportangran cantidad de información sobre la cienciay tecnología de los materiales blandos. Algu-nos de ellos contienen incluso cursos interactivosen línea a todos los niveles.

BIOMATERIALES

Como lo muestran los ejemplos de la síntesismimética de microalambres y de la cristaliza-ción de proteínas de la sección anterior, no existeuna frontera bien definida entre la materia blandainerte y los biomateriales. De hecho, es preci-samente la enorme cantidad de conocimientosque en los últimos cincuenta años se ha adqui-rido sobre los primeros lo que ha puesto enboga a los segundos. En los últimos años hacundido entre los científicos la convicción deque, por primera vez en la historia, se tienenlos elementos teóricos y experimentales que nospueden permitir entender los procesos mo-leculares que definen las propiedades de la materiaviva. Esto ha provocado que, en el mismo perio-do, la inversión directa en la investigación básicay aplicada de los biomateriales haya crecidoexponencialmente en el primer mundo. EnMéxico, en parte como reacción a este hecho,el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologíaconvocó en 1998 a la comunidad científicanacional a proponer proyectos para el desarrollode campos nuevos, emergentes y rezagados. Unode los proyectos ganadores se titula precisa-mente “Materiales biomoleculares” y es el pro-ducto de una intensa colaboración entrecientíficos de la Universidad de Sonora, de laUniversidad Autónoma de San Luis Potosí, dela Universidad Nacional Autónoma de Méxi-co y del Centro de Investigación y de EstudiosAvanzados del Instituto Politécnico Nacional.Probablemente este sea, a la fecha, uno de losintentos más serios por hacer en México in-vestigación básica y aplicada de los bioma-

Figura 7. Neurona crecida sobre un microchip de silicio10. Al centro sereconoce la estructura de una cadena de transistores (la línea blanca re-presenta una longitud de 10 µm).

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teriales9. A continuación se dan algunos ejem-plos que permiten apreciar lo dramáticamenteactual que resulta el tema.

Uno de los ejemplos más ilustrativos de losbiomateriales, y de cómo los métodos de la fí-sica de la materia condensada blanda sirven parasu estudio, son los biopolímeros, en especiallos que forman el citoesqueleto. Las células vivasson sistemas muy organizados con propieda-des mecánicas sorprendentes. Pueden, por ejem-plo, soportar tensiones extremas y cambiar deforma en segundos. Estas habilidades son po-sibles gracias al citoesqueleto: una red fibrosaintracelular hecha de biopolímeros de distin-tas longitudes y rigidez, similar a la red de actinade la figura 610, y de un “zoológico” de proteí-nas asociadas. Aparte de sus tareas mecánicas,los filamentos del citoesqueleto también fun-cionan como rieles para motores molecularesque se ocupan de los procesos de transporteintracelulares necesarios para la vida, formanmicromúsculos para el movimiento de las cé-lulas y respaldan procesos esenciales para ladivisión celular.

En comparación con los polímeros sinté-ticos, los filamentos del citoesqueleto poseenuna dinámica con escalas de tiempo y longi-tud mucho mayores. Esto abre nuevas posibi-lidades para su estudio experimental. Por ejemplo,existe la posibilidad de marcar fibras aisladascon moléculas fluorescentes, o con partículascoloidales, y observar su movimiento con mé-todos ópticos directos, con gran resolución es-pacial y temporal. Con ayuda de métodosmecánico-ópticos se puede incluso observar elmovimiento de una proteína aislada. Por ejemplo,

cuando una proteína motórica se mueve a lolargo de un filamento del citoesqueleto. Así,poco a poco mejoran las mediciones cuantita-tivas de las variables involucradas en los pro-cesos microscópicos que permiten entenderfenómenos tan alejados del equilibrio y tan com-plejos como el movimiento y la división celu-lar, o como la trascripción de la informacióngenética. A la luz de este ejemplo, es razona-ble esperar que el estudio detallado de losbiomateriales conduzca a descubrimientos im-portantes hacia la comprensión de los proce-sos que tienen lugar en organismos vivos.

Desde siempre el ser humano ha hecho usode los biomateriales, como cuando utiliza lapiel de los animales para protegerse del frío.El acoplamiento entre materia viva e inertetambién es común, como en las prótesis, o cuandose usan lentes. Sin embargo, el acoplamientoa escala molecular es una posibilidad que ape-nas en estos días está adquiriendo viabilidad.Las potencialidades tecnológicas de dicho aco-plamiento son enormes. Probablemente una delas más excitantes esté relacionada con una posibleinterfaz entre células nerviosas y circuitossemiconductores. Dicho en otras palabras, launión entre computadoras y el cerebro al ni-vel de sus componentes microscópicas, comose ilustra en la figura 710. Por el momento, elplantearse esta posibilidad no significa que sele considere viable, en el sentido de que seaprevisible la integración de tejido cerebral enlas computadoras, o de circuitos semiconductoresen el cerebro. Se trata más bien de una pre-gunta física de carácter técnico: hasta qué puntoel desarrollo dramático de los últimos cincuenta

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años en la física de la materia condensada y enla neurofisiología experimental permite el aco-plamiento de s istemas excitables iónica yelectrónicamente. Desde luego, la posibilidadde que tales investigaciones conduzcan, tardeo temprano, a una mejor comprensión del ce-rebro, o a usos técnicos o médicos, no puededescartarse.

Al igual que con los materiales blandos iner-tes, también es imposible hacer una revisión me-dianamente completa del tema de los biomaterialesen un solo artículo. Nuestra intención ha sido, bá-sicamente, argumentar en el sentido de que estospueden ser entendidos con ayuda de los mismos prin-cipios físicos que sirven para comprender a losmateriales blandos inertes. Desde luego, sin dejarde mencionar posibles aplicaciones, de las cuales,habiendo un sinnúmero, puede decirse que el de-sarrollo más interesante está por ocurrir.

COMENTARIOS FINALES

La intención de este artículo ha sido propor-cionar al lector una idea general de algunos prin-cipios físicos que hacen posible que el génerohumano y la naturaleza aprovechen el ordensupramolecular de la materia condensada blan-da. Se ha mostrado que el concepto fundamen-tal detrás de dicho orden es la capacidad deautoensamblado de los sistemas de muchos cuer-pos. Esta idea se ha ilustrado con algunas de lasaplicaciones más conocidas de la materia blan-da inerte. También se han dado algunos ejem-plos de problemas de frontera en investigaciónbásica de los biomateriales, sin dejar de insinuarposibles aplicaciones futuras.

En general, la ciencia de los materiales blandosse encuentra en un estado de desarrollo que podríacalificarse de inmaduro, si se le compara con elconocimiento que se tiene, por ejemplo, de lossólidos. Esto se debe, en buena medida, a queno existe un material blando ideal de referen-cia, como lo es el gas ideal en el caso de losgases, o el cristal perfecto en el caso de los sóli-dos. Por este motivo, al estudiar materiales blandosno es posible iniciar con teorías simples y ex-tenderlas después a casos más complicados conayuda de cálculos perturbativos. Uno debe tra-tar, desde un principio, con el problema com-pleto. Las ecuaciones resultantes son tancomplicadas que sólo con el desarrollo de lacomputación de alta velocidad ha sido posibleinvestigarlas con detalle. Por otro lado, tambiénes gracias a la microtecnología que hoy en díase tiene el equipo necesario para hacer experi-mentos controlados en este tipo de sistemas. Conestos elementos tecnológicos a la mano, la cienciade materiales blandos está experimentando, hoyen día, un impulso sin precedentes.

Los lectores interesados en profundizar enlos temas tocados en este artículo pueden ini-ciar con una búsqueda en internet bajo térmi-nos como “colloids”, “polymers”, “soft condensedmatter”, “biomaterials”, “self-assembling” y otrossimilares. El resultado serán miles de direccio-nes que conducen a sitios localizados en todoel mundo. Si eligen navegar por aquellos rela-cionados con instituciones académicas de in-vestigación, pronto podrán experimentarfascinación por el viaje.

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AGRADECIMIENTOS

Se agradece el apoyo económico proporcionado porConacyt a través del proyecto para el desarrollo decampos nuevos, emergentes y rezagados (convo-catoria 1998-1999) “Materiales Biomoleculares”y del proyecto de investigación 33815-E.

NOTAS

1 El programa trataba sobre la dinámica de los movimientos telúricos.En particular, la parte de la anécdota intentaba demostrar que cuandoestos movimientos son lentos, como los de la deriva continental, las de-formaciones del terreno son plásticas. Cuando los movimientos son rá-pidos, como los que tienen lugar durante un temblor, en cambio, elterreno se comporta rígidamente, sufriendo fracturas y agrietamientos.

2 Un electronvolt, abreviado eV, equivale a la energía que adquie-re un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial de unvoltio a lo largo de una longitud de un metro.

3 La constante de Boltzmann kB permite ligar el número de estados

microscópicos W de un sistema aislado con su entropía S, según una de lasfórmulas más famosas de la física moderna: S=kBlnW. La constante de Boltzmannes una de las constantes fundamentales de la naturaleza.

4 Los líquidos y gases moleculares compuestos por partículas esféri-cas que tienen como máximo unas cuantas especies de interacción sim-ple, como la coulombiana o la de Lenard-Jones, son llamados fluidos simples.En contraposición, los sistemas de constitución más variada se conocencomo fluidos complejos.

5 La figura fue tomada del libro The colloidal domain: where physics,chemistry, biology, and technology meet de D. Fennell Evans y HakanWennerström, Wiley-VCH (1999).

6 La figura fue tomada del libro Introduction to soft matter: polymers,colloids, amphiphiles and liquid crystals de Ian W. Hamley, Wiley (2000).

7 Véase, por ejemplo, el artículo “Apremia ONG a normarnanotecnología” de José Galán, publicado en el periódico La Jornada deldía 2 de mayo de 2003. En él se advierte de intentos de científicos nor-teamericanos de fabricar “cyborgs”, como los de los relatos de ficcióncientífica. La leyenda del Dr. Frankenstein sigue angustiando a las men-tes inocentes.

8 Información obtenida del sitio del grupo del Dr. David A. Weitzde la Universidad de Harvard. Este es uno de los sitios más gratos quesobre el tema existen en la red, en el que se discuten novedosos resulta-dos experimentales de problemas de frontera de la materia condensadablanda (http://www.deas.harvard.edu/projects/weitzlab/).

9 El sitio del proyecto se encuentra en http://www.ifisica.uaslp.mx/~maol. Las páginas de las instituciones involucradas son http://www.uson.mx,http://www.uaslp.mx, http://www.unam.mx y http://www.cinvestav.mx.

10 La figura fue tomada del número de febrero de 2001 de la Re-vista de la Sociedad Alemana de Física, Physikalische Blätter 57 (2001),

donde se discute ampliamente sobre el tema de la biofísica. Un resumenen español de este número se encuentra en el artículo de divulgación“Biofísica” de José M. Méndez A., publicado en Avance y Perspectiva 20(2001) 211-219.