Medida en nanómetros, la materia tiene otras cualidades y se multiplica la superficie de trabajo para la ciencia. Todavía no podemos intuir adónde llegará la nanotecnología, pero ya está imprimiendo su huella en la electrónica, la medicina y otros muchos campos del saber y del hacer.
“La nanotecnología no ha supuesto el descubrimiento de nuevas leyes de la física, pero implica que los seres humanos nos hemos dotado de herramientas y conocimientos que nos han permitido pasar de lo macro a lo micro, y de lo micro a lo nano después, desde hace poco más de medio siglo. La nanotecnología no es una revolución, es una evolución”, cuenta Pedro A. Serena, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, además de experto divulgador.
A pie de calle, incluso cuesta trabajo visualizar el concepto mismo de nanómetro, una unidad de longitud que equivale a una mil millonésima parte de un metro (1nm = 10-9m) o a una millonésima parte de milímetro (1nm = 10-6mm). La nanotecnología trabaja con dimensiones que van de uno a cien nanómetros y fue descrita por primera vez por el premio Nobel de Física de 1965, Richard Feyman, en un discurso que pronunció en 1959, titulado ‘There’s plenty of room at the bottom’ (En el fondo hay espacio de sobra). Sin embargo, fue el científico y profesor japonés Norio Taniguchi quien acuñó el término en 1974.
“Al principio se fue desarrollando de forma atomizada. Con el tiempo, apareció el concepto, la marca de una disciplina que abarca técnicas muy distintas en física, química y biología. Sería más acertado hablar de las nanotecnologías, en plural, y de que todos los que investigamos sobre estas técnicas tan diversas hacemos nanociencia”, aclara Pedro A. Serena, que también opina que la alusión a la tecnología en ‘la marca nano’ no es casual, sino que pone el énfasis en las aplicaciones industriales y la generación de riqueza.
La materia no es estática
En cualquier caso, esta disciplina se centra en el dominio de la materia, que el ser humano ha podido llegar a controlar a nivel casi atómico y molecular para elaborar objetos trabajando a escala nanométrica. “Cuando las cosas son tan pequeñas, se pueden observar las propiedades cuánticas de la materia, que no son fácilmente observables a nivel micro. El color es una de ellas. El oro parece amarillo incluso en el microscopio, pero a nivel nano se producen fenómenos relacionados con los electrones diferentes a los que se dan en objetos más grandes, haciendo que el color sea distinto. El color, por tanto, depende del tamaño, no de la luz”, afirma Pedro A. Serena.
Otra característica de la dimensión nano es que la superficie de trabajo aumenta exponencialmente. Pensemos en un cubo de un centímetro de lado, con una superficie total de 16 cm2. Bien, si a ese cubo lo descomponemos en cubos de un nanómetro de lado, el volumen y la masa no varían, pero la superficie total se expande y alcanza los 6.000 m2. Por tanto, aumentar la superficie efectiva de los procesos es una de las grandes aplicaciones de la nanotecnología, que tiene uno de sus máximos exponentes en la nanoelectrónica.
“Cuanto más pequeño es un dispositivo, mejores prestaciones da, más rápido es y más barato resulta. Los teléfonos móviles y los ordenadores son el ejemplo más evidente de lo que ha supuesto la nanoelectrónica, pero si pensamos en la automoción o en la aeronáutica, es increíble lo que han cambiado en los últimos 30 años desde el punto de vista de la electrónica. No digo que la mecánica no haya evolucionado, pero el gran salto cualitativo ha sido la cantidad de electrónica que incorporan. Hoy por hoy, los mecánicos se han convertido en operadores de sistemas”, argumenta Francisco Gámiz, catedrático de Electrónica y Tecnología de Computadores de la Universidad de Granada, donde también dirige el Laboratorio de Nanoelectrónica, Grafeno y Semiconductores Bidimensionales.
Materiales bidimensionales
La electrónica, como bien dice Gámiz, es el territorio del saber en el que la nanotecnología ha tenido más impacto hasta la fecha, el que más patentes ha propiciado y más producto comercializa. En un mundo informatizado, conectado y pronto robotizado como el nuestro, este hecho es de una lógica aplastante. El segundo gran campo de acción es la salud, concretamente el desarrollo de nuevas opciones de tratamiento del cáncer, fundamentalmente, tanto en farmacología como en radioterapia, pero también en la creación de dispositivos de diagnóstico ultraprecoz. No obstante, su relevancia es cada vez mayor en el sector agroalimentario, la cosmética, los materiales de construcción, etc.
En lo que a la electrónica se refiere, la investigación se centra en el desarrollo de las aplicaciones de materiales semiconductores bidimensionales como el grafeno en el diseño y la construcción de nanocircuitos. “En la actualidad, el silicio es básico en la fabricación de circuitos electrónicos, hasta tal punto que hablamos de la electrónica del silicio y que la cuna del desarrollo tecnológico se llama Silicon Valley –explica Francisco Gámiz-. Sabemos que cuanto menor es un dispositivo, mejores son sus cualidades, pero ya no podemos reducir más su tamaño, estamos llegando a un átomo, que es la unidad de partículas más pequeña, por lo que nos hemos encontrado con una pared roja que ya no sabemos traspasar. La llegada de estos nuevos materiales, mayoritariamente derivados del carbono y casi transparentes, permite completar las propiedades del silicio y dará lugar a la electrónica flexible, es decir, a dispositivos que se puedan doblar, enrollar, estirar y arrugar sin deteriorarse, lo que nos permitirá no solo desplazarlos cómodamente, sino incorporarlos a nuestra ropa o a nuestro cuerpo”.
Los materiales semiconductores bidimensionales también son muy buenos sensores, ya que pueden detectar cantidades ínfimas de materia y, en el terreno sanitario, material genético a nivel infinitesimal, por lo que se están utilizando para diseñar dispositivos para la detección precoz de enfermedades como el cáncer. “Estamos trabajando en un proyecto, financiado por el Instituto de Salud Carlos III, para detectar componentes genéticos de tumores mucho antes de que se desarrollen y produzcan síntomas, a través de fluidos corporales, de forma no invasiva. Serán pruebas extremadamente baratas, que no requerirán reactivos químicos costosos ni los gastos de personal especializado y equipamiento que exige un laboratorio. También serán muy sencillas, cualquier podrá hacerlas en su casa. Nos permitirán implementar cribados masivos a un precio parecido al de un test de embarazo”, detalla Gámiz.
Tal vez haya riesgos
Sin embargo, esto no ha hecho más que empezar. “cuando la gente me pregunta en qué momento estamos, suelo compararlo con la aparición del gramófono, que ahora nos parece de risa porque tenemos Spotify y existen pen drives con capacidad de almacenar terabytes de música. Estamos en el gramófono de la nanotecnología, con las primeras cosas, que nos parecen muy sorprendentes porque no alcanzamos a ver qué es lo que vendrá después”, apunta Pedro A. Serena.
Las asombrosas capacidades de los materiales y las nuevas técnicas de fabricación de la era nano, no obstante, se desarrollan en un momento en el que el mundo se enfrenta a su propia supervivencia. “Hoy en día, los seres humanos nos hemos dotado de un plan estratégico, los Objetivos del Desarrollo Sostenible (ODS), la mitad de ellos relacionados con la ciencia y la tecnología –continúa-. Nos han puesto los objetivos delante y la nanotecnología debe contribuir a que se cumplan: las técnicas de purificación de agua, las energías renovables y los materiales eficientes son nuestro territorio. Pero hay otra tendencia importante, en el marco de los ODS y de las políticas europeas, que es el estudio de la nanoecotoxicología, ya que no está muy claro el impacto en la salud y el medioambiente que pueden tener los nanomateriales”.
Francisco Gámiz no solo está totalmente de acuerdo, sino que apunta un nuevo reto: “Tenemos ante nosotros un gran desafío: el Internet de las Cosas. Hay una serie de incógnitas éticas a las que hay que dar respuesta. Vamos a vivir entre sensores, que van a estar por todas partes, transmitiendo datos todo el tiempo. Puede ocurrir, si no regulamos bien todas estas cosas, que cada uno de nosotros dependamos de centros de decisión externos y pasemos a ser objetos en ese nuevo juego. Centros de decisión, por otra parte, que ni siquiera serán humanos. Podrían surgir todo tipo de complicaciones: que almacenen y usen nuestros datos privados sin nuestro consentimiento, que nos pirateen la vida entera o, simplemente, que se caiga el sistema y se pare el mundo. Me parece que vamos a depender demasiado de la inteligencia artificial, y lo que es peor, que habrá demasiados aspectos de nuestra vida fuera de nuestro control”.
Europa frente a su futuro
Francisco Gámiz señala el delicado momento que vive Europa desde el punto de vista tecnológico e industrial: “Hablamos mucho de inteligencia artificial, pero no nos damos cuenta de que todo sucede en dispositivos fabricados en China, Taiwán, Corea del Sur, etc. Europa ha perdido el tren de la nanoelectrónica, no hay compañías europeas competitivas en este campo”, se lamenta.
Pedro A. Serena, por su parte, se refiere a España en concreto: “aunque somos un referente mundial en el ámbito de la nanomedicina, no hemos dado con la receta de la transferencia tecnológica y nuestra ciencia, que es excelente, no se transforma en patentes y producción industrial. Hay un listado de las empresas que más invierten en I+D en Europa, que es muy interesante por Volkswagen invierte más que la suma del sector público y el sector privado en España”, explica.
Terapias dirigidas, terapias térmicas
La nanotecnolgoía ya forma parte de los tratamientos farmacológicos contra el cáncer. “En el campo de la oncología médica es muy importante –subraya Pedro A. Serena-, aunque no luce mucho porque no cambia la formulación del agente terapéutico, pero sí lo libera de forma distinta, dirigida y controlada, permitiendo aumentar mucho la dosis porque solo actúa sobre las células tumorales, por lo que hace que el fármaco sea más eficiente y menos tóxico”.
Además, empieza a haber aplicaciones más sofisticadas: la radioterapia termina con nanopartículas magnetizadas, que se adhieren al tumor y, cuando se les aplica un campo magnético externo, se calientan y lo cauterizan, destruyéndolo. Estas máquinas, fabricadas por la empresa alemana MagForce, están en fase de estudio y ya se están utilizando en enfermos que, de otra forma, ya solo podrían beneficiarse de tratamientos con intención paliativa en tumores con tan mal pronóstico en la actualidad como el de páncreas o el glioblastoma.
Contra la contaminación
Aunque todos conocemos las trampas de algunos fabricantes de automóviles, los filtros que impiden que los motores diesel lancen partículas contaminantes al aire que respiramos son eficaces y están diseñados con nanomateriales, ya que su utilización permite ampliar la superficie efectiva a la que se adhieren las partículas en suspensión nocivas. Algo parecido sucede con las nuevas técnicas de purificación del agua, tratamientos basados en nanopartículas capaces de sustraer asombrosas cantidades de contaminantes, de desalar el agua del mar y de ejercer una función bactericida sin utilizar antibióticos. Además, la nanotecnología juega un papel destacado en las energías renovables, desde los nanocompuestos para incrementar la eficiencia de los parques eólicos a las nanopartículas que hacen lo propio en la captación de la luz solar.
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