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En 1960 Richard Feynman presentó una conferencia visionaria y profética "There is plenty of room at the bottom" (Hay bastante espacio en el fondo) en una reunión de la Sociedad Americana de Física en la que especuló sobre las posibilidades y potencialidades de los materiales nanométricos. Él concibió la formación de líneas a relieve de unos pocos átomos de ancho con haces de electrones, prediciendo así la litografía de haz electrónico actualmente utilizada para producir chips de silicio. Propuso manipular los átomos individualmente para poder construir pequeñas estructuras que tuvieran las propiedades más variadas. Sin embargo, no fue el único visionario. Otro físico teórico, Ralph Landauer, quien trabajaba en IBM en 1957 tuvo ideas sobre la electrónica a escala nanométrica y comprendió la importancia que alcanzarían los efectos mecánico-cuánticos en tales dispositivos. Un siglo antes (1857), Michel Faraday publicó un artículo en la revista Philosophical Transactions of the Royal Society en el que trató de explicar cómo las nanopartículas metálicas influyen sobre el color de las ventanas de las iglesia o cómo la famosa copa de Licurgo, utensillo del siglo IV (a.C.) de vidrio de sosa y cal que contiene nanopartículas de oro y plata, varía su color de verde a rojo intenso cuando se le introduce una fuente luminosa en el interior. En el área de la química, se puede mencionar un artículo sobre cúmulos publicado en 1661 por Robert Boyle en Sceptica Chymist en el que él sugiere que pequeñas partículas de materia se combinan de varias maneras para formar lo que se denominó "corpúsculos".

 


Años más, años menos, no queda claro en qué momento los humanos comenzaron a aprovechar las ventajas de los materiales de dimensiones nanométricas, aunque en aquellos tiempos no se llamaba "nanotecnología" como sí se conocen ahora a las aplicaciones en una de las áreas de la ciencia de los materiales que aborda el estudio de objetos (nanopartículas, NP´s) con dimensiones del orden de una milmillonésima parte del metro (1 nm = 10-9 m).

Escala temporal resumida de experiencias en el siglo pasado

Nanopartículas "a medida"… siglo actual
Ya existen numerosas aplicaciones industriales de los nanomateriales, con más de 1.000 productos en el mercado que contienen NPs, desde productos de cosmética a material deportivo. Esta es un área de negocios con un desarrollo muy amplio y ya hay proveedores a quienes encargar NPs por internet. Actualmente existen muchos materiales nanoparticulados, especialmente derivados de metales de transición, como el oro, los óxidos de hierro, el dióxido de titano, el óxido de zinc o el paladio, que se están aplicando en diversas investigaciones en fase académica, tales como la catálisis, transferencia energética, materiales magnéticos, etc. Otras aplicaciones prácticas de la nanotecnología ser verán en el desarrollo de equipos pequeños para monitorización (ambiental, salud) o en la fabricación de nanocápsulas para el transporte de fármacos. Se podrán liberar fármacos en los órganos adecuados del paciente sin afectar a otras partes del cuerpo. Las nanocápsulas podrán dirigirse al sitio adecuado, por ejemplo, usando materiales magnéticos, y unas excelentes perspectivas de futuro.
Uno de los objetivos de la nanociencia es obtener NPs con estructuras determinadas (a medida) que se puedan correlacionar con las propiedades, lo que es importante para el diseño de nanomateriales con propiedades definidas (tailored) como, por ejemplo, el caso de los quatum dots y sus propiedades ópticas (ver ilustración). Para alcanzar este objetivo se ha intentado combinar las propiedades de NPs de diversos tipos, empleando la mezcla física de las mismas, pero el resultado no ha sido satisfactorio. Se piensa que la combinación química de NPs puede ser un método más adecuado, pues permitiría combinar diferentes NPs a voluntad, con propiedades mejoradas ("efecto sinérgico"), con mayor control de la estructura del material, y mayor estabilidad.

Seis soluciones diferentes de nanocristales (quantum dot) excitadas con una lámpara UV de onda larga absorben luz y luego la emiten en un color diferente; el tamaño del nanocristal (Å) determina el color. A la derecha, se observa el espectro de fluorescencia obtenido a diferentes longitudes de onda (obtenido de http://www.nanosysinc.com)

Nanotecnología de ciencia ficción
En una idea que parece surgir directamente de la novela Un viaje alucinante de Isaac Asimov, científicos del Davis Cancer Centre de la Universidad de California han dado un importante paso adelante para crear un diminuto ejército de nanorobots que podría desplazarse por el interior del cuerpo a la caza de tumores malignos para destruirlos. Concretamente, han desarrollado una NP llamada nanoporfirina (nanoporphyn), una estructura diminuta capaz de reconocer células tumorales y de inyectarles directamente los medicamentos para destruirlas. Como para mencionar otras investigaciones recientes, en 2014 un grupo de ingenieros de la Universidad de Harvard han construido un enjambre de más de un millar de minirobots capaces de comunicarse entre sí y trabajar coordinadamente, como si fuesen abejas. En un futuro no muy lejano, estos nanobots serán capaces de eliminar células malignas y toxinas de tu torrente sanguíneo y tejidos, también podrán diagnosticar inmediatamente la presencia de cualquier patología y podrán, incluso, realizar cirugías. Los investigadores estiman que para el año 2030 los nanobots podrán curar enfermedades que hasta ahora no tienen cura, como el SIDA.
En Argentina, esto también es posible. Como un ejemplo de los tantos a mencionar, el laboratorio de Bionanotecnología y nanovacunas de la Estación Experimental Agropecuaria Bariloche del INTA y el Instituto de Virología, de la misma institución ubicada en Castelar, provincia de Buenos Aires, desarrollaron en conjunto un liposoma modificado capaz de transportar antígenos y antibióticos a las células dendríticas del cuerpo, encargadas de las funciones inmunes del organismo. Estos liposomas, de entre 150 y 250 nm, están compuestos por una molécula de azúcar, un polímero y un lípido sintético y están capacitados para transportar medicamentos u otros elementos a lugares específicos. Luego de las pruebas en cultivos de células inmunes de diferentes especies, en las que se verificó que efectívamente estos nanovehículos se adherían a las células dendríticas, el proceso fue patentado internacionalmente en los Estados Unidos por el INTA y la Northeastern University en busca de volver escalable industrialmente este desarrollo. Los primeros ensayos fueron realizados con antígenos de Brucella ovis, con la expectativa de comprobar los resultados de la nanovacuna para su aplicación veterinaria, principalmente en brucelosis ovina.

Reflexión final …
El futuro de la humanidad dependerá de tener instrumentos útiles en nuestro trabajo, tecnología, ocio y vida cotidiana. Estos instrumentos se fabricarán con materiales adecuados y por razones prácticas (propiedades mejoradas y modulables) y energéticas, se tenderá a minimizar el tamaño de los artilugios. Para alcanzar estos objetivos serán fundamentales los avances científicos y tecnológicos en nanociencia, en la que la química tiene mucho que aportar en el diseño, preparación y caracterización de nanomateriales.
¿Por qué no intentar, por ejemplo, pastillas para olvidar determinados recuerdos como el neuralizador de Men in Black? Porque los científicos ya han identificado una proteína relacionada con la conformación de recuerdos. Aunque aún quedan muchos detalles por corregir, se ha desarrollado una droga capaz de bloquear esa proteína en ratones y así eliminar ciertos recuerdos de la memoria… ¡Esto es algo impresionante…!
Y como si de un código secreto se tratara, la naturaleza da pistas …solo debemos detenernos a observar con atención y mente abierta como el molusco oreja de mar que construye conchillas muy fuertes mediante la organización del carbonato de calcio en forma de fuertes unidades nanoestructuradas unidas por un pegamento de mezcla de carbohidrato y proteína…pero ¿alcanza?... o como la historia del huevo y la gallina, ¿estas observaciones dieron lugar a la ciencia ficción o acaso mentes creativas e innovadoras imaginaron un mundo de ciencia ficción que hoy los científicos y tecnólogos saben hacerla realidad?. Mientras tanto, los procesos se están haciendo cada vez más complejos, y ¿qué pasaría si estos mismos procesos salen del control? Solo el tiempo nos dará la respuesta aunque la ciencia ficción lo haya intentado como en Terminator.

Por Dra. Gabriela Fernanda Cabeza, Investigadora Independiente IFISUR (CONICET-UNS) y
Profesora del Dpto. de Física de la UNS ()