La revolución de lo pequeño

Una millonésima parte de un milímetro. Esta es la medida de un nanómetro. Las partículas nanométricas, aquellas que estudia la nanociencia, pueden parecer, por tanto, minúsculas e insignificantes bajo la perspectiva del ojo humano. Pero las inusuales y provechosas propiedades de estas partículas representan una auténtica revolución en la síntesis de nuevos materiales. La revolución de lo pequeño. De lo muy pequeño.

«Las inusuales y provechosas propiedades de las partículas nanométricas representan una auténtica revolución en la síntesis de nuevos materiales»

Fernando Sapiña, profesor de Química Inorgánica en la Universitat de València e investigador del Instituto de Ciencia de los Materiales del mismo centro, impartió el último miércoles 8 de junio la conferencia «Nanociencia y nanotecnologia: la revolución de lo muy pequeño». El Centre Octubre de Cultura Contemporània de Valencia acogió, así, la última de las charlas dedicadas al Año Internacional de la Química dentro de la programación del Espai Ciència.

Poco más de cincuenta años antes de que Sapiña hiciese su exposición, otra conferencia, la protagonizada por el físico americano Richard Feynman en 1959 bajo el título «Hay mucho espacio aquí abajo», centraba la atención en la importancia de estudiar las partículas pequeñas. Su conferencia, sin embargo, pasó desapercibida, posiblemente porque el científico se adelantó a su época. Era la primera vez que alguien hacía referencia, aunque fuera de manera indirecta, a la nanociencia.

«Los materiales que se presentan en forma nanométrica tienen un comportamiento diferente al mismo material presentado en mayor cantidad»
(Fernando Sapiña)

La nanociencia es el estudio de los sistemas cuya medida se encuentra entre 1 y 100 nanómetros. Los objetos con los que nos encontramos día a día son macroscópicos, los observamos a simple vista. El mundo nanoscópico, en cambio, es muy pequeño. Y es en este tamaño donde reside su importancia. Como bien explicaba Sapiña, «los materiales que se presentan en forma nanométrica tienen un comportamiento diferente al mismo material presentado en mayor cantidad, se dan unas propiedades inusuales». «Tienen mayor reactividad química y presentan efectos cuánticos que hacen que se modifiquen algunas propiedades, como por ejemplo las ópticas», añadió. Algunos semiconductores, por ejemplo, cambian de color en función del tamaño de sus partículas. «El oro presenta un color verde si las partículas nanométricas son triangulares y azul si son cilíndricas», ejemplificó el químico. Diferentes tamaños de una misma materia significan diferentes propiedades.

El estudio de las nanotecnologías es reciente, pero la realidad es que las propiedades de las partículas nanométricas se han empleado a lo largo de la historia. En el siglo iv, probablemente en Roma, se construyó la copa de Licurgo, un objeto que tiene la peculiaridad de cambiar de color en función del lugar desde donde se ilumine. Si recibe la luz desde el exterior, el vidrio se volverá verde, mientras que si el punto de luz se sitúa en el interior de la copa, el vidrio se teñirá de rojo. «No hay constancia, sin embargo, de que el proceso de construcción se difundiera en su época», afirma Sapiña. Más cerca, en Manises y Paterna, unos «nanotecnólegos producían auténticas obras de arte», objetos con reflejo metálico, aplicando capas muy delgadas de nanopartículas de cobre y plata al vidriado. Se trataba de una «nanotecnología empírica, ya que se hacía con los materiales disponibles».

«Tres seran los sectores donde la nanociencia tendrá más relevancia: la medicina, la energía y las TIC»

«Los seres vivos han utilizado las propiedades de los materiales nanométricos para resolver algunos de sus problemas a lo largo de la evolución», declaró Fernando Sapiña para destacar la importancia que tienen estas partículas en la vida de otros seres vivos. «Una investigación botánica de los años ochenta preparaba un experimento con hojas. Al limpiarlas, los científicos se dieron cuenta de que algunas ya estaban limpias. Al mismo tiempo, estas hojas presentaban propiedades hidrófobas, mostraban una rugosidad nanométrica, debidas a la presencia de unos nanocristales de cera. Esta propiedad explica la capacidad de autolimpieza de estas hojas: el agua se deslizaba por la superficie y arrastraba las partículas de suciedad». Este ejemplo de Sapiña ilustra como, partiendo de esta comprensión, se han diseñado materiales con carácter hidrófobo. Lo mismo ocurre con los pies de los dragones: los microfilamentos que les permiten reptar por paredes verticales han sido imitados para crear materiales adhesivos.

El pie del dragón y de otros reptiles, como el gecónido de las imágenes, es un ejemplo de funcionalidad ligada a una nanoestructura. La capacidad que tienen los dragones de escalar paredes verticales o incluso de permanecer anclados en los techos, sosteniendo todo su peso, está relacionada con la estructura en forma de microfilamentos de sus pies. Cada uno de estos filamentos se divide entre 100 y 1.000 espátulas de dimensiones nanométricas. Esta forma natural de adhesión se podría reproducir para construir trajes o botas especiales que facilitasen la escalada o los anclajes firmes, lo cual podría ser de gran ventaja en los paseos espaciales. Imagen de la izquierda: A. Dhinojwala, University of Akron, Viz Lab Image Collection, NISE Network Imagen de la derecha: C. Mathisen, FEI Company, Viz Lab Image Collection, NISE Network

A veces se dan casualidades, coincidencias, que permiten el desarrollo científico y la obtención de nuevos hallazgos. El negro de carbono se añadió a los neumáticos de los coches con una finalidad meramente estética. Sin embargo, las partículas añadidas resultaron provechosas: las ruedas resultantes eran mucho más resistentes a la abrasión. Así nacía el primer material producto de la nanotecnociencia. A partir de aquí, hasta la actualidad, se ha ido avanzando en el estudio de estas propiedades especiales, se ha investigado en nuevos materiales nanotecnológicos, fruto de esta «ciencia interdisciplinar que agrupa ramas como la física, la química o la ingeniería de los materiales, todo de manera horizontal». Hay una infinidad de posibilidades para diseñar materiales con funciones determinadas (o, incluso, multifuncionales).

La nanotecnología afectará a todos los campos de la industria, por lo menos a todos aquellos que decidan emplear los materiales a escala nanométrica en sus productos. Sin embargo, sobre todo, tres serán los sectores donde más relevancia tendrá esta disciplina. En primer lugar, la medicina. En el ámbito diagnóstico, se mejorarán las técnicas actuales, que tienen una resolución espacial baja. La nanotecnología permitirá obtener una especificidad a nivel celular antes de que aparezcan los primeros síntomas empleando nanopartículas que se adherirán a los tumores (por ejemplo) y mejorarán la observación con rayos X. En el campo del tratamiento, la finalidad será conseguir que el medicamento actúe solo en el lugar donde toca, evitando los efectos secundarios. También podría emplearse la nanociencia para elaborar mejores implantes, haciéndolos más rugosos se adherirán mejor a los tejidos y se evitará el desgaste de la musculatura. En el campo de la energía, es evidente que hoy en día nos basamos en el uso de los combustibles fósiles, lo que ha producido un aumento del CO2 en la atmósfera y el consiguiente calentamiento global. Los avances en nanotecnología, sin embargo, se enfocarían a las energías renovables y, en definitiva, al ahorro energético. Las nanotecnologías pueden resolver algunas cuestiones, como la captura de energía solar o el descubrimiento de mejores aislantes térmicos que permiten economizar energía. El último ámbito donde la nanotecnología tendrá mucha importancia será el de las conocidas TIC (tecnologías de la información y la comunicación), ya que permitirá que se diseñen aparatos más pequeños y con más servicios.

«En la nanociencia se da la confluencia de lo posible con lo improbable»
(Fernando Sapiña)

Las nanotecnologías reportarán numerosos avances y serán amplificadoras de los efectos de otras tecnologías. Se plantea, sin embargo, un problema. «Se teme que la irrupción de esta nueva disciplina no sea bien acogida por la opinión pública, tal y como pasa, por ejemplo, con los transgénicos», advertía Sapiña. Se trabaja para que eso no pase, para que se pueda desarrollar todo el potencial de la nanociencia protegiendo a los consumidores (y formándolos para que no teman lo desconocido) y superando los retos y problemas éticos que plantean estos descubrimientos. Es posible que estemos ante una nueva revolución industrial. Una revolución «donde se da la confluencia de lo posible con lo improbable».

© F. Sapiña

Fernando Sapiña es «una persona muy comprometida con la divulgación de la ciencia», tal y como afirma en la presentación de la conferencia Juli Peretó, profesor de Bioquímica de la Universitat de València. Sapiña es «asesor de la Cátedra de Divulgación de la Ciencia, coordina la colección de libros de este departamento y los correspondientes premios de divulgación». Además escribe su propia sección en Mètode, «La ciencia en la mesa», aparte de ser un colaborador habitual de la revista.

© Mètode 2011

Licenciado en Periodismo (Valencia).