Magnetismo

Introducción¶

Aunque los organismos vivos no son “imanes” en el sentido tradicional, el magnetismo es crucial en la biotecnología moderna. Desde las bacterias que se orientan con el campo magnético terrestre hasta la poderosa Resonancia Magnética Nuclear para determinar estructuras de proteínas, el campo $\vec{B}$ es una herramienta de análisis indispensable.

Campo magnético ( $\vec{B}$ )¶

Generado por cargas en movimiento (corrientes).

Unidad SI: Tesla (T).
Referencia:
- Tierra: $\approx 50 \mu T$ (microteslas).
- Imán de refri: $\approx 5 mT$ .
- Equipo MRI clínico: $1.5 - 3 T$ .

Fuerza magnética (Lorentz)¶

Una carga $q$ que se mueve a velocidad $v$ en un campo $B$ siente una fuerza perpendicular a ambos.

\vec{F} = q (\vec{v} \times \vec{B})

(1)

F = |q| v B \sin(\theta)

(2)

Si $v$ es paralela a $B$ , la fuerza es cero.
Esta fuerza encorva la trayectoria de las partículas cargadas.

Espectrometría de masas¶

Herramienta “Gold Standard” en proteómica para identificar proteínas.

Se ioniza la molécula ( $q$ ).
Se acelera ( $v$ ).
Se hace pasar por un campo magnético ( $B$ ).
La molécula se curva en un radio $r$ .

r = \frac{mv}{qB}

(3)

Midiendo el radio de curvatura, determinamos la relación masa/carga ( $m/q$ ), la huella dactilar de la molécula.

Cálculo de radio en Espectrometría

Problema: En un espectrómetro de masas, un ion de Carbono-12 ( $^{12}C^+$ ) con carga $+e$ e isótopos se acelera hasta una velocidad de $1,5 \times 10^5 \text{ m/s}$ y entra en un campo magnético perpendicular de $0,4 \text{ T}$ .

Masa $^{12}C \approx 1,99 \times 10^{-26} \text{ kg}$
Carga $q = 1,6 \times 10^{-19} \text{ C}$

Calcule el radio de curvatura de su trayectoria.

Solución: La fuerza magnética actúa como fuerza centrípeta: $qvB = mv^2/r \implies r = \frac{mv}{qB}$ .

r = \frac{(1,99 \times 10^{-26})(1,5 \times 10^5)}{(1,6 \times 10^{-19})(0,4)}

(4)

r = \frac{2,985 \times 10^{-21}}{6,4 \times 10^{-20}}

(5)

r \approx 0,0466 \text{ m} = 4,66 \text{ cm}

(6)

Importancia: Si entra un ion de $^{13}C$ (masa ligeramente mayor), su radio será mayor. Esa pequeña diferencia de posición es lo que detecta el equipo para distinguir isótopos.

🔬 Biomagnetismo¶

Magnetotaxis¶

Ciertas bacterias (Magnetospirillum) sintetizan cristales de magnetita ( $Fe_3O_4$ ) dentro de sus células. Estos actúan como brújulas microscópicas, permitiendo a la bacteria orientarse con el campo geomagnético para encontrar zonas óptimas de oxígeno en sedimentos.

Seguridad en MRI¶

Los campos intensos de un MRI no dañan los tejidos biológicos (no son ionizantes), pero pueden convertir cualquier objeto ferromagnético (tijeras, implantes viejos) en proyectiles letales debido a la atracción magnética sobre el material.

✍️ Ejercicios propuestos¶

🧪 Actividades¶

Principios físicos detrás de la Resonancia Magnética Nuclear (RMN).

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📝 Evaluación¶

Formativa: Mapa Mental Colaborativo: Aplicaciones del magnetismo en biotecnología y medicina.

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📚 Referencias¶

[3] Ortuño, M. (2019). Física para las ciencias de la vida. Editorial Tébar Flores. https://elibro.net/es/lc/itcr/titulos/124788, Secciones 15.1 a 15.8, pág. 267-280

Introducción¶

Campo magnético (B⃗\vec{B}B)¶

Fuerza magnética (Lorentz)¶

Espectrometría de masas¶

🔬 Biomagnetismo¶

Magnetotaxis¶

Seguridad en MRI¶

✍️ Ejercicios propuestos¶

🧪 Actividades¶

📝 Evaluación¶

📚 Referencias¶

Campo magnético ( $\vec{B}$ )¶