Nanotecnología: entrevista a Pedro Serena

Pedro Serena fue testigo del desarrollo de la nanotecnología en España y en el mundo
Combina su trabajo académico como investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid
"El móvil que todos llevamos en el bolsillo sería impensable sin la nanotecnología"

11/07/2021 10:00 horas

Por Javier Canteros

Para todos los públicos — El cazador de cerebros - Nanotecnología

En 1984, un coche con tres ocupantes y matrícula suiza fue detenido en la frontera franco-española, en el País Vasco. Al revisar su maletero, los agentes aduaneros se encontraron con un material sospechoso: piezas metálicas, cables y componentes electrónicos. El contexto político de la época justificaba que los agentes se sintieran obligados a comprobar si habían dado con un grupo de terroristas de ETA.

“Ajenos a la trascendencia del aparato, lo que los agentes aduaneros tenían frente a sus ojos eran las piezas de uno de los únicos dos microscopios de efecto túnel que existían en el mundo“

Pero en lugar de criminales, los ocupantes del coche eran científicos. De hecho, uno de ellos, Heinrich Rohrer, ganaría el premio Nobel de física dos años después de aquel episodio fronterizo. Rohrer trabajaba en el laboratorio de investigación de IBM en Suiza y allí había inventado –junto a Gerd Binnig– un dispositivo que fue un hito en la historia de la ciencia. Ajenos a la trascendencia del aparato, lo que los agentes aduaneros tenían frente a sus ojos eran las piezas de uno de los únicos dos microscopios de efecto túnel que existían en el mundo. Y Rohrer lo estaba trayendo a España, a pedido de un colaborador y profesor en la Universidad Autónoma de Madrid.

La invención del microscopio de efecto túnel fue uno de los acontecimientos más importantes para el inicio de la era de la nanotecnología. Este dispositivo permitió, por primera vez en la historia, ver átomos y, poco tiempo después, manipularlos.

El premio Nobel Heinrich Rohrer manipulando una pieza del microscopio de efecto túnel en el laboratorio de IBM en Zúrich. *Imagen cedida por IBM Research.*

Pedro Serena era un joven doctor en la UAM cuando Rohrer llegó con su valioso cargamento en el maletero de su coche, y fue testigo del desarrollo de la nanotecnología en España y en el mundo. Hoy, Serena combina su trabajo académico como investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid con distintas actividades de divulgación sobre nanotecnología. En El Cazador de Cerebros o hemos entrevistado para conocer cómo evolucionó, cuáles son las aplicaciones más destacadas de esta ciencia y hacia dónde se dirige.

Pregunta: A inicios de los 2000, se hablaba mucho de nanorobots que circularían por el interior de nuestro cuerpo y que tendríamos ascensores espaciales de nanotubos de carbono que reemplazarían los cohetes. ¿Hubo exageración y promesas poco realistas en torno de la nanotecnología?

Serena: Hubo distintos sectores interesados en generar entusiasmo, primero los propios científicos y luego los políticos. A finales de los 90, el proyecto del genoma humano de los Estados Unidos ya estaba llegando a su fin y se acercaba el momento de ver en qué se haría la siguiente gran apuesta. Un grupo de investigadores en nanociencias convenció al gobierno de Bill Clinton de que se estaban rezagando con respecto a Europa y Japón, sus grandes competidores comerciales de la época.

“Finalmente, las promesas de ciencia ficción no llegaron y, aunque la nanotecnología pasó a ocupar menos espacio en las portadas de revistas, la investigación en los laboratorios no detuvo su curso“

Fue entonces cuando se lanzaron mensajes espectaculares para persuadir al público de que valía la pena volcar muchos millones de dólares en esta área de investigación. El propio Bill Clinton dijo en el discurso de lanzamiento de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología que toda la biblioteca del Congreso de los Estados Unidos cabría en un dispositivo del tamaño de un terrón de azúcar.

Finalmente, las promesas de ciencia ficción no llegaron y, aunque la nanotecnología pasó a ocupar menos espacio en las portadas de revistas, la investigación en los laboratorios no detuvo su curso. De hecho, el “hype” o “estadio de expectativas infladas” es una das las fases por las que pasan las tecnologías en su ciclo normal de desarrollo. Después de pasar por estos picos y valles de entusiasmo, la nanotecnología se encuentra hoy consolidada y mucho más difundida de lo que el público general pueda apreciar.

Serena: El móvil que todos llevamos en el bolsillo sería impensable sin la nanotecnología. La gente piensa que la obsolescencia programada es la culpable de que tengamos que tirarlos a la basura cada dos años, pero en realidad es porque estamos en una ola tan grande de crecimiento exponencial que todo se queda viejo muy rápidamente. El disco duro de IBM de 1959 era grande como una nevera y tenía 5 MB de capacidad. Hoy, en cualquier tienda puedes comprar uno 6 TB [una capacidad de más de un millón de veces mayor] y que cabe en el bolsillo. Y todo ello es gracias a la nanotecnología. Ya nadie hace microelectrónica, ahora es nanoelectrónica.

Pregunta: ¿Hasta cuándo podremos seguir miniaturizando la electrónica?

Serena: La electrónica sigue un rumbo basado en el silicio que tarde o temprano morirá, y ya se están buscando alternativas: ya se ha desarrollado un computador de nanotubos de carbono pero con 7.000 transistores. Está en la misma fase que estaba el silicio en los años 70. La electrónica tendrá que dar un salto y la nanotecnología dirá hacia dónde: electrónica molecular, grafeno…

Pregunta: ¿En qué otras áreas la nanotecnología tiene hoy un rol importante?

Serena: La gran irrupción se está dando en la medicina. Ya existen casi 200 fármacos aprobados que utilizan nanotecnología. Las propias vacunas de mRNA contra Covid-19 son un ejemplo. Se trata de medicamentos que vienen nanoencapsulados en liposomas, [esferas minúsculas con una membrana lipídica]. También se está aplicando el nanoencapsulado en otras vacunas porque esto ayuda a mantener su estabilidad y que puedan aguantar altas temperaturas, sobre todo para las campañas de vacunación donde la refrigeración sea un problema.

“Las propias vacunas de mRNA contra Covid-19 son un ejemplo. Se trata de medicamentos que vienen nanoencapsulados en liposomas, [esferas minúsculas con una membrana lipídica]“

Como curiosidad, el nanoencapsulado se está utilizando incluso en el narcotráfico para hacerlo menos detectable. De hecho, en los aeropuertos de EUA se plantean lanzar una radiación que rompa las nanocápsulas y que los perros puedan detectar la droga.

De hecho, el nanoencapsulado con liposomas comenzó a utilizarse primero en la industria cosmética a finales de los 90 para liberar colágeno en la epidermis. La industria alimentaria también fue pionera en este sentido: algunos alimentos con omega-3, que tiene gusto desagradable, se nanoencapsulan para que se liberen una vez ingeridos sin afectar el sabor. Lo mismo se hace con algunos nutrientes para que se liberen en partes del intestino donde tendrán mejor absorción. Y en farmacología, se emplea para evitar que algunos medicamentos produzcan úlceras en el estómago.

La aplicación de la nanotecnología en medicina va más allá del nanoencapsulado. El nanodiagnóstico es un área con un gran desarrollo, como nos explica Laura Lechuga en el capítulo de esta semana. Serena explica que también se investiga el uso de nanopartículas bactericidas como una alternativa más ante el aumento de la resistencia de las bacterias a los antibióticos. La nanotecnología también permite fabricar materiales cerámicos de alta resistencia para producir implantes de cadera más resistentes, pensados para durar 40 años en lugar de 20.

Pregunta: Qué curioso que una solución nanotecnológica en un ámbito tenga aplicación en otros muy distintos.

Serena: Es que la transversalidad es una de las características más destacables de la nanotecnología. Los liposomas que se emplean en alimentación o para liberar fármacos también se utilizan en ingeniería civil: estas cápsulas, diseñadas para fundirse en presencia de oxígeno, liberan un pegamento que hace que una viga se autoselle si se produce una grieta. Es un material mucho más caro, pero enormemente útil en un silo nuclear, por ejemplo. Y unas nanopartículas que se calientan y se están ensayando para luchar contra el cáncer, también se emplean para acelerar de cuatro a cinco días el fraguado del cemento al radiarlo con microondas. Hoy también puedes comprar en cualquier almacén de la construcción un cemento que se usa exteriores porque mantiene la pared más limpia. Esto es algo ya muy habitual en la construcción.

“Es que la transversalidad es una de las características más destacables de la nanotecnología. Los liposomas que se emplean en alimentación o para liberar fármacos también se utilizan en ingeniería civil“

Como vemos en el capítulo de esta semana, hoy existen miles de nanomateriales. Algunos muy sofisticados solo pueden producir muy pocos países o empresas y son muy caros. Otros nanomateriales muy distintos se puede producir a gran escala, de manera fácil, son baratos y están inundando el mercado: nanotubos de carbono, dióxido de titanio, óxido de zinc, nanopartículas de plata y de titanio. También se produce grafeno y nanotubos de bajo estándar con aplicaciones como aditivos. De hecho, Serena habla de una “nanotecnología a granel”.

En mis charlas, siempre invito a la gente a que entre en Alibabá [un tipo de Amazon chino] y vea que cualquier persona puede comprar nanopartículas a granel. Puedes hacer un pedido de 2 toneladas de nanotubos de carbono que no llegará a la puerta de tu casa porque la Unión Europea tiene una regulación muy estricta con este tipo de productos, pero en el resto del mundo no es así. Pero cuando estos nanotubos de carbono se utilizan en el polímero de algún juguete para mejorar sus propiedades, eso no está etiquetado y se importa sin problemas. El problema es que, tarde o temprano, estas partículas llegarán al vertedero. En sectores como la construcción, la aplicación de la nanotecnología está creciendo mucho. El cemento y hormigón es el material que más producimos en el mundo en volumen y, con que tenga una fracción del 1% de nanomateriales, ya es muchísimo. Esto requiere desarrollar la nano-eco-toxicología para ver qué es lo que hace en nuestro organismo y en el medioambiente. Pero tampoco hay que alarmar. Hay motivos para preocupación científica, pero no para alamar a la sociedad.

Pregunta: ¿Cuáles son los países más potentes en el desarrollo de la nanotecnología?

Serena: Dos tercios de las patentes son asiáticas, en manos de empresas coreanas, chinas y japonesas. Luego, vienen los norteamericanos. Y Europa ha perdido mucha tracción. Y una curiosidad: Irán es el 6º productor mundial de artículos de nanotecnología. La web de Statnano, donde se registran las estadísticas mundiales referentes a la nanotecnología, tiene catalogados unos 10 mil productos con nano componentes.

“El problema es que, tarde o temprano, estas partículas llegarán al vertedero. En sectores como la construcción, la aplicación de la nanotecnología está creciendo mucho. “

En nanotecnología, se publican unos 120 mil artículos al año y unas 12 mil patentes (casi todas de empresas, excepto en España donde el CSIC es el que más patentes registra porque no tenemos grandes empresas que las compren como Samsung o LG). Son estadísticas que hablan de un mercado muy grande.

La nanotecnología tiene aplicación en muchas otras áreas además de la electrónica, medicina, construcción, cosmética o alimentación. La encontramos también en la automoción, a industria química, el textil y en el campo de la energía. Como se muestra en este último capítulo de la temporada, la nanotecnología es clave para aumentar la eficiencia de los paneles fotovoltaicos y para mejorar las prestaciones de dispositivos para almacenar energía como baterías y supercondensadores.

A pesar de no ocupar titulares en los medios como a inicios de los 2000, la nanotecnología supone una revolución que tenemos a la vista, pero cuya visibilidad a veces no resulta evidente.