Algo sobre nanotecnología...

¿Qué es exactamente la nanotecnología y cuál su momento de nacimiento?

Empezando por el final, yo me remitiría a una conferencia impartida en1959 por uno de los grandes físicos del siglo pasado, el maravilloso teórico y divulgador Richard Feynman. Por aquél entonces, Feynman ya predijo que había un montón de espacio al fondo (el título original de la conferencia fue “There’s plenty of room at the bottom”) y auguraba una gran cantidad de nuevos descubrimientos si se pudiera fabricar materiales de dimensiones atómicas o moleculares.

Hubo que esperar varios años para que el avance en las técnicas experimentales, culminado en los años 80 con la aparición de la Microscopía Túnel de Barrido (STM) o de Fuerza Atómica (AFM), hiciera posible primero observar los materiales a escala atómica y, después, manipular átomos individuales..

Ahora, con respecto a qué es la Nanotecnología, empecemos por aclarar el significado del prefijo “nano”: este hace referencia a la milmillonésima parte de un metro. Para hacernos idea de a qué escala nos referimos, piensa que un átomo es la quinta parte de esa medida, es decir, cinco átomos puestos en línea suman un nanometro. Bien, pues todos los materiales, dispositivos, instrumental, etc., que entren en esa escala, desde 5 a 50 ó 100 átomos es lo que llamamos Nanotecnología.

¿Y algo de ese tamaño merece el “nombre” de material? ¿no es puro humo?...

Sin duda, siguen siendo materiales y tienen su comportamiento específico... sólo que puede ser muy sorprendente. A esa escala las propiedades de los materiales cambian. Desde el color, que viene determinado por unas longitudes de onda demasiado grandes para estos tamaños, hasta propiedades como la conductividad, magnetismo, etc. que, a esa escala, pueden comportarse de modo muy diferente al que estamos acostumbrados a observar en el mundo macroscópico. Esto, en cierto modo, podría parecer un problema: imagina que partes de un material, con unas propiedades conocidas que, sin embargo, cambian completamente a escala nanométrica. Por un lado, parece un problema, es como tener que empezar de nuevo, pero por otro lado resulta apasionante: nos abre un mundo nuevo de posibilidades que ahora mismo sólo podemos entrever.

Un material cualquiera, a escala óptica, tiene, pongamos cuatrillones de átomos que, juntos, interaccionan y dan como resultado unas determinadas cualidades del material. Cuando esa cifra la reducimos a unos pocos cientos, el salto afecta a la esencia misma del material. En definitiva, las propiedades dependen del tamaño.

¿Qué significa poder intervenir a ese tamaño, usando ese instrumental al que has hecho referencia al principio?

Algo fundamental es que esta tecnología abre la posibilidad de creación de materiales a medida, a través de la manipulación de sus átomos. Y cuando digo manipulación lo digo en sentido estricto: conociendo las propiedades de los átomos, estos se pueden organizar de una determinada manera, uno a uno, como un LEGO, lo que da como resultado materiales de condiciones predeterminadas, que además no tienen por qué existir en la naturaleza.

Todo esto, hace pocos años parecía ciencia-ficción, y sin embargo hoy en día ya existen algunas aplicaciones que han llegado al mercado, y otras muchas que están en camino.

¿Cómo por ejemplo?

Pues, por ejemplo, ya se están comercializando pantallas planas basadas en nanotubos de carbono, o cosméticos que contienen nanopartículas para bloquear los rayos ultravioleta o administrar productos suavizantes a la piel. También hay una investigación muy activa para utilizar nanopartículas magnéticas en el tratamiento selectivo del cáncer. El campo de la informática también está intentando desarrollar materiales basados en nanopartículas magnéticas para el almacenamiento de datos a altísima densidad... En fin, la lista sería interminable.

¿Cuáles son las dificultades para comercializar estos dispositivos?

Depende de cada caso. Obviamente, todas las aplicaciones de tipo médico tienen que pasar por periodos de prueba y ensayos clínicos muy exigentes, para asegurarse de que los nuevos materiales no tengan efectos secundarios perjudiciales. En otros casos, la principal limitación es de tipo económico; hace falta desarrollar la tecnología hasta el punto en que asegure la rentabilidad para las industrias que las vayan a aplicar. Pero esto es una cuestión de tiempo y de escala. Tan pronto como el mercado sea suficientemente amplio y se establezca la demanda, las aplicaciones irán apareciendo sin duda. Se ha dicho, y yo creo que con razón, que esta puede ser la Tercera Revolución Industrial.

¿Es una tecnología muy cara?

Desde el punto de vista de la investigación yo diría que no es de las más caras, ni mucho menos. En lo que respecta a la fabricación industrial, depende de los casos y de las áreas, pero se apunta a una producción realmente masiva y con unos costes de producción muy bajos. Este aspecto económico es algo muy distintivo en la Nanotecnología: por la poca energía que consumen los dispositivos derivados y por la facilidad para situarlos en cualquier punto, se espera que acaben estando presentes en todos los objetos y materiales que nos rodean cotidianamente. Además, hay que tener en cuenta que este tipo de materiales podrían tener efectos muy beneficiosos para el medio ambiente, precisamente porque producen efectos muy intensos con un consumo muy pequeño de materias primas y de energía.

Creo que antes mencionaste algunas aplicaciones: sustituir iluminación a gran escala, en las pantallas de los ordenadores, ¿podrías citar más ejemplos?...

Todo lo que uno pueda imaginar. Desde dispositivos nanométricos instalados en la ropa, que, por ej., detecten cambios de temperatura y, entonces, las cualidades del tejido se adapten, o detecten lluvia e igual, pase de comportarse de modo impermeable a permeable o cambien de color en función de la luz... Otro ejemplo práctico, que es real y que ya se ha experimentado, es un plástico que se auto-regenera cuando se rompe. Su composición nanométrica está formada por esferitas de dos tipos: unas que contienen en su interior una resina y otras que contienen el catalizador correspondiente. Pues bien, cuando se quiebra el plástico también se quiebran estas esferitas cuyos contenidos se mezclan igual que un pegamento epoxy. Piensa en la fatiga de los materiales que se utilizan en la aviación, por ej., y encontrarás una aplicación bastante evidente.

Otro ejemplo: dentro de un medicamento, un dispositivo que dosifique su administración controlando que el vertido se realice en un lugar localizado dentro del sistema circulatorio. También en el caso de la Medicina, se espera poder producir sistemas que reparen lesiones (como tumores cancerosos) en los puntos específicos afectados del organismo, o sensores que detecten con gran sensibilidad y precisión la existencia de determinadas moléculas. Todo esto involucra a las ciencias Química y Bioquímica, Biología Molecular y Física y a las tecnologías de la Ingeniería Electrónica y de Proteínas.

No obstante, el ejemplo más significativo está increíblemente extendido ya hoy en día: las cabezas lectoras de los discos duros actuales, que tienen un elemento sensor de un espesor nanométrico (de unas pocas capas atómicas). Esta tecnología ha permitido incrementar enormemente la densidad de almacenamiento de datos. En nuestro departamento, por ejemplo, trabajamos precisamente en esta línea, entre otras: aumentar la capacidad de los discos duros, ordenadores y otros dispositivos en un factor entre 100 y 1000 veces.

¿Con qué instalaciones contáis para investigar en estas tecnologías?

Bueno, precisamente este campus de Cantoblanco cuenta con una de las principales concentraciones de centros e investigadores en Nanotecnología de toda España, tanto en la Universidad Autónoma de Madrid como en varios Institutos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas aquí radicados. Este altísimo nivel fue reconocido en 2009 con la acreditación como Campus de Excelencia Internacional en Nanociencia y Materiales Avanzados otorgada por los Ministerios de Educación y de Ciencia e Innovación. También hay que señalar la creación reciente del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia y Nanotecnología, también ubicado en este campus de Cantoblanco. En suma, disponemos de una buena concentración de investigadores y equipos y una atmósfera muy creativa.

En cuanto a instalaciones específicas, son muchas para citarlas aquí. Hay muchos grupos llevando a cabo investigación en diferentes campos, y cada uno de ellos tiene su instrumental propio, incluyendo microscopios de efecto túnel, difractómetros, magnetómetros, criostatos para muy bajas temperaturas, etc. Pero también hay que resaltar que la propia Universidad posee varios equipos para uso común: un centro de computación científica, microscopios electrónicos, sistemas de nanolitografía e incluso un acelerador de iones de los más modernos del mundo, en la actualidad. Finalmente, esperamos que el desarrollo del Campus de Excelencia Internacional nos permita acometer nuevos proyectos e instalaciones, para poder mantener la presencia en los primeros niveles internacionales.

Autor: Juan José de Miguel Llorente. Profesor del Departamento de Física de la Materia Condensada de la UAM.

Tomado de: http://www.fisicahoy.com/la_fisica_hoy/nanotecnologia