Nano, ¿un mundo transformado?

Avances y perspectivas en el nanomundo

Guillermo Muñoz Matutano en l'actualitat

Guillermo Muñoz Matutano, investigador postdoctoral en la Macquarie University, va coordinar el nº 65 de Mètode junt amb Fernando Sapiña.

Durante el invierno de 2009 tuve la oportunidad de colaborar con Fernando Sapiña para coordinar un monográfico sobre nanotecnología para Mètode: el número 65, Nano: Transformando el mundo con la nanotecnociencia (primavera 2010). El objetivo básico que nos planteamos fue ofrecer una mirada general sobre la nanotecnología, intentando amplificar una de sus características básicas: su interdisciplinariedad. Cualquiera que se acerque al monográfico tendrá una «nanopanorámica» lo suficientemente transversal como para entender que la nanotecnociencia nos atañe a todos: ciencia, ingeniería, matemáticas, humanidades, arte y sociedad.

En el año 2000, Bill Clinton fundó la Iniciativa Nacional por la Nanotecnología (NNI en sus siglas en inglés), con el objetivo de identificar y financiar aquellas investigaciones de relevancia en este nuevo sector estratégico. En 2010, coincidiendo con la fecha del monográfico de Mètode, se realizó un estudio global para evaluar los primeros diez años de la NNI, y a su vez proporcionar una visión de lo que podría acontecer durante la siguiente década. Dicho trabajo se publicó bajo el nombre Nanotechnology research directions for societal needs in 2020. Ya hemos recorrido más de media distancia de ese camino, y en estos últimos años abundan los artículos que pretenden revisar y analizar los objetivos que se plantearon.

«Cualquiera que se acerque al monográfico tendrá una «nanopanorámica» lo suficientemente transversal como para entender que la nanotecnociencia nos atañe a todos»

Hay voces que vienen señalando que si las primeras décadas de la nanotecnología se podrían asociar con una primera era de descubrimientos, en la actualidad ya podríamos haber alcanzado una nueva era de ruptura tecnológica y de consolidación de la financiación pública (Nature Nanotechonology, 2016; Parak, Nel y Weiss, 2015; Yang, 2016). Sin embargo, aunque existen inventarios de productos comerciales relacionados con la nanotecnología y disponibles en el mercado1, existen otras voces que señalan que aún no habríamos salido de esa primera era de los descubrimientos (Kagan et al., 2016). Pero, ¿cuáles han sido los avances científico-tecnológicos más inesperados de la nanotecnología desde que coordinamos el monográfico? La lista puede ser inmensa. El desarrollo del grafeno, como material 2D (bidimensional) monocapa, ha influenciado el desarrollo de una variedad de nuevos materiales 2D semiconductores. No sería de extrañar que la investigación y propuesta de nuevas heteroestructuras 2D semiconductoras fuese el tema de un futuro Premio Nobel, tal como sucedió con el grafeno. A día de hoy, los sistemas nanoscópicos se usan como plataforma para el desarrollo de simuladores cuánticos, o para evaluar los propios pilares fundamentales de la ciencia. Por ejemplo, la radiación de Hawking emitida por agujeros negros puede ser simulada por condensados de Bose-Einstein en semiconductores nanostructurados (Steinhauer, 2016). Por otro lado, el control del espín en nanodiamantes ha permitido en 2015 realizar la mejor confirmación de la validez de los postulados de la mecánica cuántica hasta la fecha (Hensen et al., 2015). Las técnicas de manipulación típicas de la nanotecnología también han avanzado considerablemente. Por ejemplo, se han desarrollado microscopios de fuerza atómica ultrarrápidos que pueden servir para monitorizar la actividad mecánica celular en nanoescala con videos de resolución de decenas de milisegundos (Katan y Dekker, 2011). Pero estos son solo algunos ejemplos. Personalmente, me ha resultado muy interesante la generación de nuevas librerías de nanomateriales (Chen et al., 2016). Este tipo de catalogación recuerda a las investigaciones que se realizaron en las etapas previas al descubrimiento de la tabla periódica. Quizá, siguiendo estas estrategias podamos encontrar nuevos patrones y desafíos conceptuales.

«No sería de extrañar que la investigación y propuesta de nuevas heteroestructuras 2D semiconductoras fuese el tema de un futuro Premio Nobel, tal como sucedió con el grafeno»

Precisamente, estas librerías podrían ser muy útiles para los estudios sobre nanoseguridad. Aunque se dedican buena cantidad de recursos para financiar investigaciones sobre nanoseguridad, la realidad es que el gran número de nuevos nanomateriales, el rápido crecimiento de la investigación en nanotecnología y la necesidad de usar nuevas aproximaciones para la evaluación de la peligrosidad siguen retrasando la propuesta de nuevos protocolos de seguridad, que a su vez retrasan la inclusión en el mercado de los nuevos dispositivos. Este año, el European Nanosafety Cluster (NSC, en sus siglas en inglés) ha publicado un compendio de proyectos con el objetivo de documentar toda la investigación europea sobre el tema y proporcionar una visión general actualizada2.

Como señalamos en 2010, la nanoseguridad está íntimamente relacionada con la percepción pública de la nanotecnología. El análisis de Javier Gómez-Ferri, De Cózar i Llopis-Goig, llevado a cabo en 2012, representa la primera investigación sobre comprensión de la nanotecnología desarrollada a través de la técnica Delphi (Gómez-Ferri, De Cózar y Llopis-Goig, 2014). Se realizó una consulta a investigadores de nanotecnología nacionales y se obtuvo una lista de contenidos que estos consideran fundamentales para el conocimiento público. Sin embargo, como señalan sus autores, el estudio debe ser completado con las demandas informativas de los distintos públicos, así como con el punto de vista de comunicadores y divulgadores y de otros expertos del área de las ciencias sociales.

El arte no ha sido ajeno al desarrollo de la nanotecnología. En la actualidad es significativo el interés surgido desde algunos laboratorios de nanociencia. La artista californiana Kate Nichols colabora de forma permanente con el grupo del profesor Paul Alivisatos en el Instituto de Nanociencia y Nanoingeniería de Berkeley. Las nuevas formas de entender el color de los materiales desde su propia nanoestructura proporcionan a Nichols un nuevo camino para desarrollar sus principios estéticos. Precisamente, las imágenes que provienen de todas las nuevas tecnologías de la nanoescala pueden formar una nueva nanoestética, como señala la profesora Tami Spector, química orgánica de la Universidad de San Francisco (Spector, 2012). En julio de 2015 tuve la oportunidad de conocer a ambas investigadoras, Nichols y Spector, en la segunda edición del Scientific Delirium Madness. Durante esta residencia colaboré con Eathan Janney, neurocientífico y músico de jazz, en un trabajo de sonificación de espectros de luz de puntos cuánticos aislados. Nuestro trabajo puede ser entendido como una alternativa para la catalogación de las propiedades de las nanoestructuras y su posterior formación en librerías, esta vez basadas en los patrones de la traducción a sonidos (Janney y Muñoz-Matutano, 2016). En estas interacciones entre arte y ciencia, el reto sigue viniendo de la mano de los científicos: ¿cómo incorporar los canales de innovación que esta investigación artística propone?

Por último, quería abordar la visibilidad de la investigación local, como parte del referente internacional. Dos investigadores valencianos del campo de la nanotecnología han sido recientemente galardonados. El doctor Avelino Corma Canós, director del Instituto de Tecnología Química (ITQ) de la Universidad Politécnica de Valencia, fue premiado junto a Mark E. Davis y Galen D. Stucky con el Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2014, por sus contribuciones a la creación de nuevos materiales microporosos y mesoporosos. Estos materiales nanoestructurados ofrecen una infinidad de nuevas aplicaciones en campos tan diversos como la reducción de emisiones contaminantes de vehículos y fábricas, la mejora de los alimentos, la depuración de aguas o los procesos de refinado del petróleo. Por otra parte, el doctor en ciencias químicas y director del Laboratorio de Nanotecnología Molecular de la Universidad de Alicante, Javier García Martínez, recibió el Premio Jaime I de Nuevas Tecnologías 2014.

«Los materiales nanoestructurados ofrecen una infinidad de nuevas aplicaciones en campos tan diversos como la reducción de emisiones contaminantes de vehículos y fábricas o la mejora de los alimentos»

El investigador compagina su labor académica con una actividad empresarial dirigida a la comercialización de nanomateriales con usos energéticos. Desde el Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universidad de Valencia, junto con la Fundación Universidad-Empresa ADEIT-UV elaboramos un plan formativo sobre nanotecnologías (Diploma de Nanotecnologías en la Industria), con la idea de fortalecer los lazos productivos y académicos con un programa eminentemente práctico y tecnológico. Como el propio García Martínez explicaba para Mètode TV, la nanotecnología puede ser entendida como una nueva y tercera dimensión de la tabla periódica, donde muchos de los descubrimientos y las innovaciones tecnológicas, más que en el futuro, vienen desarrollándose en nuestro presente. Y me atrevería a añadir: y tampoco muy lejos de nuestras propias fronteras. La NNI estadounidense proclamó el 9 de octubre como su día nacional de la nanotecnología (1 nanometro son 10^-9 m, de ahí eligieron el mes 10 y el día 9), que coincide precisamente con el día de San Dionís, la propia diada de Valencia. Es un dato curioso y anecdótico, que nos puede servir para recordarnos que nuestra investigación local forma parte de un entramado internacional que va a seguir definiendo los retos y los descubrimientos del futuro.

 

1. 1814 productes de 622 companyies en 32 països, segons Nanotechnology in the real world: redeveloping the nanomaterial consumer products inventory (2015). Tornar al text.

2. El mateix NSC ha oferit una agenda d’investigació nanoseguretat 2015-2025. K. Savolainen et al., Nanosafety in Europe 2015–2025: Towards Safe and Sustainable Nanomaterials and Nanotechnology Innovations (2013). Torna al text.

Nanociencia, nanotecnología. Hoy en día, la nanotecnociencia es una de las áreas con un mayor potencial de transformación social y económico. Nanoobjeto, nanomaterial, nanotubo. Se están diseñando nuevos materiales funcionales capaces de modificar y renovar las industrias. Nanomáquina, nanorrobot, nanodispositivo. La medicina creará tratamientos revolucionarios para tratar distintas enfermedades, mejorando la calidad

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REFERENCIAS

Chen, P.-C., Xialong, L., Hedrick, J. L., Xie, Z., Wang, S., Qing-Yuan, L., … Mirkin, C. (2016). Polyelemental nanoparticle libraries. Science, 352(6293), 1565–1569.

Gómez-Ferri, J., De Cózar, J. M, & Llopis-Goig, R. (2014). La comunicación pública de ámbitos científicos y tecnológicos emergentes. Problemas y retos en el caso de la nanotecnología. Arbor, 190(766), a123.

Hensen, B., Bernien, A., Dréau, A. E., Reiserer, N., Kalb, N. Blok, M. S., … Hanson, R. (2015). Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres. Nature, 526, 682–686.

Janney, E., & Muñoz-Matutano, G. (2016). Interactive musical display of quantum dot emission spectra. Leonardo, 49(5), 440.

Kagan, C. R., Fernández, L. E., Gogotsi, Y., Hammond, P.T., Hersam, M. C., Nel, A. E., … Weiss, P. S. (2016). Nano Day: Celebrating the next decade of nanoscience and nanotechnology. ACS Nano, 10(10), 9093-9103.

Katan, A. J., & Dekker, C. (2011). High-speed AFM reveals the dynamics of single biomolecules at the nanometer scale. Cell, 147, 979.

Nature Nanotechnology. (2016). Challenge driven. Nature Nanotechnology, 11, 401–402.

Parak, W. J., Nel, A. E., & Weiss, P. S. (2015). Grand challenges for nanoscience and nanotechnology. ACS Nano, 9(7), 6637.

Spector, T. I. (2012). Nanoaesthetics: From the molecular to the machine. Representations, 117(1), 1–29.

Steinhauer, J. (2016). Observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole. Nature Physics, 12, 959.

Yang, W. (2016). Nano on reflections. Nature, 11, 826.

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Instituto de Ciencia de los Materiales, Parque Científico, Universitat de València.