Nanotecnología, un viaje por el universo de lo extraordinariamente pequeño

• Es uno de los campos de la ciencia con mayor proyección
• Está generando avances fascinantes en sectores como la medicina
• El investigador José Antonio Plaza nos desvela alguno de sus secretos

La nanotecnología es el conjunto de tecnologías derivadas del trabajo con materiales nanométricos.

¿Se imaginan que algún día fuésemos capaces, por ejemplo, de aprender el idioma coreano en cuestión de segundos? ¿O sabernos de memoria la obra completa de Immanuel Kant, desde la primera hasta la última palabra, sin tocar ni uno solo de sus libros? Puede sonar a fantasía, pero Nicholas Negroponte, uno de los grandes visionarios tecnológicos de la actualidad, cree que será posible.

El director del Laboratorio de Medios del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT Media Lab), cuya puntería profética ya ha quedado demostrada en otras ocasiones, conjetura con la posibilidad de que el conocimiento pueda depositarse directamente en el cerebro, ingiriendo una pastilla con nanorrobots que se transfieran al riego sanguíneo y desde allí se introduzcan en los capilares que conectan las neuronas.

Al margen de que se cumpla o no, esta predicción -basada en evidencias científicas, como todas las que formula Negroponte- vuelve a poner de manifiesto la importancia de uno de los campos de la ciencia con mayor proyección, que está generando algunos de los avances más fascinantes: la nanotecnología.

José Antonio Plaza, investigador del Instituto de Microelectronica de Barcelona IMB-CNM (CSIC). RTVE.es

Para comprender la nanotecnología es necesario sumergirse en la inmensidad de lo extraordinariamente pequeño. En un universo a escala atómica, que se expresa en nanómetros y se compone de elementos tan minúsculos que resulta difícil asimilar su tamaño si nos acercamos a ellos desde la comparación con el mundo que conocemos. Un nanómetro es 1.000.000.000 (¡Mil millones!) de veces más pequeño que un metro. Por poner un ejemplo quizá más entendible, un nanómetro sería a un metro lo que una manzana al planeta Tierra.

La nanotecnología es básicamente el conjunto de tecnologías derivadas del trabajo con materiales nanométricos. En esta escala se dan algunos fenómenos que no se dan en la escala macroscópica, ya que el cambio de tamaño altera las propiedades de los materiales. Y la clave reside precisamente ahí: en la alteración de las propiedades. Este factor abre un nuevo horizonte de posibilidades en sectores muy diversos, con especial relevancia en la medicina y en todo aquello relacionado con la energía, apoyándose en materiales revolucionarios como el grafeno.

José Antonio Plaza es investigador del Instituto de Microelectronica de Barcelona IMB-CNM (CSIC), donde ha trabajado en su departamento de micro y nanosistemas desde el año 2000. Él nos desvela los secretos de su trabajo, y cuenta cómo la nanotecnología está cambiando no solo el mundo de la ciencia, sino también nuestra realidad cotidiana.

PREGUNTA: ¿Cuáles son los principales ámbitos en los que se está aplicando la nanotecnología en la actualidad?RESPUESTA:

La nanociencia y la nanotecnología abarcan un gran número de ámbitos. La mayoría de ellos que son cotidianos en el mundo que percibimos con nuestros sentidos lo son a la nanoescala. Así se puede hablar de nanoelectrónica, nanoóptica, nanomecánica, nanorrobótica, nanobiotecnología, nanomedicina, nanoquímica y un sinfín de subramas.

P: ¿En nanotecnología se habla mucho de futuro… ¿Pero qué hay del presente? ¿Se han dado ya pasos realmente importantes?

R: Sí, se han dado. Existen en el mercado productos hechos con nanotecnología: nanopartículas para hipertermia en el tratamiento de enfermedades, productos deportivos más duros y más ligeros, cremas solares que absorben más la radiación solar, por no olvidar muchos de nuestros dispositivos microelectrónicos más modernos que incorporan transistores tremendamente pequeños...

P: ¿Cómo está la investigación en España en relación con otros países?R:

Los científicos españoles tenemos una cualidad curiosa, y es que si se invierte en nosotros obtenemos resultados al más alto nivel internacional. A pesar de los grandes recortes que se han llevado en el campo de la ciencia, ya de por sí deficitaria en España, el campo de la nanotecnología ha sido uno en los cuales se ha realizado un mayor esfuerzo y podemos decir que se han obtenidos importantes resultados científicos a nivel mundial.

“La nanotecnología española ha obtenido importantes resultados científicos a nivel mundial. “

Otro aspecto es el de la explotación de los resultados. Al igual que en otras ramas de la ciencia en España, y también en menor medida en el resto de Europa, se transfiere poco al sector industrial. Sin embargo hay buenos ejemplos de empresas españolas relacionados con la nanotecnología.

P: ¿En qué consiste el trabajo que estáis desarrollando en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona?

R: El público en general tiene un gran conocimiento sobre la fabricación de chips como memorias o como microprocesadores. Sin embargo, puede que tenga menos conocimientos sobre la posibilidad de hacer chips que no sean sólo electrónicos. Por ejemplo, se pueden crear chips mecánicos que se utilicen para detectar la aceleración en el choque de un coche -así dispara un airbag-, o sensores de presión dentro de las ruedas de los coches modernos, que nos avisan si la presión de los neumáticos no es la correcta. También puede haber chips que nos informen de la temperatura, humedad, detectar ciertos gases, sensores bioquímicos, resonadores de RF para nuestros móviles y un largo etcétera que sin ser tan conocidos forman parte de nuestra vida cotidiana.

Pues una parte importante de los grupos de investigación en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona se dedican a la investigación de estos “otros tipos” de chips. Entre ellos está mi grupo, el grupo de Micro y NanoHerramientas. Normalmente, los dispositivos que he comentado tienen dimensiones en el orden de los milímetros o centímetros, eso no excluye que algunos puedan contener estructuras muy pequeñas incluso a la nanoescala. Algunos de estos dispositivos se pueden utilizar en aplicaciones con células vivas, en muchos de ellos las células se cultivan encima de estos mismos chips que luego las pueden analizar.

La nanotecnología se apoya en materiales como el grafeno. THINKSTOCK

P: ¿Qué puede suponer vuestro trabajo para el tratamiento de ciertas enfermedades?

R: Hace ya 10 años, en mi grupo decidimos que por qué no reducir el tamaño de estos chips en un factor 1.000 millones de veces, para hacerlos tan pequeños que se pudieran introducir totalmente dentro de una célula viva -“Cell-in-a-Chip”- o pegarse a su superficie -“Cell-on-a-Chip”-. En la famosa película de ciencia ficción Un viaje alucinante, se miniaturizaba un submarino para introducirlo dentro de una persona. Ahora se trata de ir más allá y hacer como nanosubmarinos que se puedan introducir dentro de células vivas.

“Tratamos de crear nanosubmarinos que se puedan introducir dentro de células vivas. “

Es fácil de entender que si somos capaces de entrar con un chip dentro de una célula viva la podremos estudiar desde su interior, y quién sabe si en un futuro, incluso la podríamos diagnosticar y reparar desde su interior.

P: Cuando se mencionan nanochips, nanorrobots o nanosubmarinos... ¿De qué estamos hablando exactamente? Uno tiende a imaginar un submarino en miniatura, como en la película de la que hablabas, Viaje alucinante... ¿Están construidos con los mismos materiales que se construyen estos mismos elementos a escala humana?

R: Cuando se habla de ciencia o tecnología siempre nos gusta ir más lejos de lo que en realidad se está. La imaginación es una potente cualidad humana y para ejercerla se utiliza el conocimiento previo que tenemos. En la actualidad no podemos imaginarnos un nanorrobot o un nanosubmarino como si fuera simplemente una reducción de tamaño de los macroscópicos que tenemos en mente. Pero sí que es cierto que algunas de sus funciones se pueden dar en nanodispositivos.

Los materiales pueden ser diversos, los nanoquímicos pueden utilizar moléculas; y los que trabajamos con chips, o los que hacen nanopartículas, podemos utilizar una gran cantidad de materiales, como silicio, oro, platino, nanotubos de carbono, grafeno, y un largo etcétera. En la actualidad los dispositivos son más o menos simples, son bolitas, barritas o suelen tener formas simples y a veces se puede combinar varios materiales en un mismo nanodispositivo.

“En la actualidad, los nanodispositivos suelen tener formas simples, como bolitas, barritas. “

En mi grupo fabricamos el primer nanochip de silicio que informaba desde el interior de una célula de la presión que hay dentro. Es un chip muy pequeñito para poder introducirlo dentro de una célula, pero tiene un sensor mecánico para medir la presión que está compuesto por dos membranas de 50 nanómetros de polisilicio, y un resonador óptico para emitir la señal. Todo ello se tiene en un volumen de 6 micras x 4 micras x 400 nanómetros de espesor.

P: ¿Qué herramientas permiten trabajar a escala nanométrica?

R: Depende de en qué tipo de aproximación se trabaje. En nanoquímica y nanomedicina las herramientas están encaminadas, entre otras, a la síntesis controlada a la nanoescala de moléculas o a los análisis bioquímicos muy sensibles para analizarlas. En el campo de la física, las herramientas las podemos clasificar en dos grandes grupos: las que nos permiten fabricar lo que queremos y sobre todo las que nos permiten ver lo que hemos fabricado.

Se puede entender fácilmente que la nanotecnología se desarrolló enormemente cuando se tuvieron técnicas que nos permitieron ver directamente estructuras a la nanoescala, como microscopios de escaneado por electrones, o ver de forma indirecta, como microscopios de fuerzas atómicas que nos permiten prácticamente observar átomos.

El desarrollo de microscopios más avanzados favoreció el impulso de la nanotecnología. THINKSTOCK

P: ¿Crees que es tal la importancia y proyección de la nanotecnología que nos llevará a una "segunda revolución industrial" en el siglo XXI, tal y como han predicho algunos expertos?

R: Si tengo que elegir, personalmente prefiero las revoluciones sociales. De hecho si se da una nueva revolución tecnológica y científica ligada a la nanotecnología, que es muy probable que se dé, se plasmará en una revolución industrial. Obviamente, esto significará progreso pero también una mayor responsabilidad. La ciencia no es ni mala ni buena. El uso de la misma sí que lo puede ser y esto lo definen los políticos. Por lo tanto, espero que una futura revolución social será necesaria para que la ciencia esté al servicio de la población y no sólo de algunos intereses económicos.

“Es muy probable que se dé una nueva revolución tecnológica y científica ligada a la nanotecnología. “

P: ¿Es posible que cambien las leyes físicas en la nanociencia? ¿La nanotecnología permite desarrollar materiales con propiedades extraordinarias?

R: Las leyes físicas no cambian, lo que sí que pasa es que a la escala nano la física que se observa no es la que estamos acostumbrados a percibir en nuestra vida cotidiana. A la nanoescala se dan fenómenos cuánticos, como la emisión de luz de los puntos cuánticos, materiales con una tensión de ruptura enorme como los nanotubos de carbono. O estructuras extraordinariamente flexibles. ¿Crees que un mástil de 30 centímetros de diámetro y 800 metros de longitud se podría mantener horizontal sin romperse? A la nanoescala un mástil de 300 nanómetros de espesor y 800 micras de largo se mantiene recto y se puede doblar enormemente.