Kitabı oxu: «La nanotecnología»
© Antonio José Acosta Jiménez, 2019.
© de esta edición digital: RBA Libros, S.A., 2019.
Diagonal, 189 - 08018 Barcelona.
www.rbalibros.com
REF.: ODBO633
ISBN: 9788491875260
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Índice
Introducción
Evolución de la nanotecnología y relevancia en la actualidad
Efectos y comportamientos propios de la nanoescala
Nanoestructuras y nanomateriales
Herramientas y métodos de fabricación
Aplicaciones de la nanotecnología
El futuro y los límites de la nanotecnología
Bibliografía
Introducción
La tecnología ha acompañado desde siempre al género humano y lo ha ayudado decididamente a dominar su entorno. La evolución científico-tecnológica nos está llevando hoy en día a cotas de conocimiento y recursos impensables hace unos años, cuyos beneficios todos disfrutamos a diario. Tras cada revolución tecnológica, la humanidad sube un escalón en su evolución, alcanzando cotas de bienestar cada vez mayores. Pese a que ya haya comenzado a disfrutarla, posiblemente el lector es ajeno a que, en este momento, la humanidad está subiendo el peldaño que nos permitirá controlar también el mundo invisible a través de la nanotecnología: la ingeniería del mundo atómico y molecular.
Las dimensiones estimadas del universo observable son aproximadamente 1,37·1026 m. Si consideramos el radio clásico del electrón (3·10–15 m) como la magnitud más pequeña de la que tiene sentido hablar, todo el universo conocido se describe en 42 órdenes de magnitud. El ojo humano es capaz de atisbar a simple vista desde 10–4 m hasta galaxias próximas (2·1022 m), es decir, unos 27 órdenes de magnitud. De los 15 órdenes de magnitud que no podemos observar a simple vista, 11 de ellos están en la micro y nanoescala. Por este motivo siempre al ser humano le ha fascinado lo grande, por inmenso e inabarcable, y lo pequeño por inaccesible y desconocido. El nanomundo nos parece algo inaccesible y remoto, pues no podemos verlo a simple vista, pero es igualmente fascinante y de posibilidades insospechadas. Sorprendentemente, se parece muy poco al mundo macroscópico en el que vivimos. A pequeña escala, las propiedades de los materiales cambian de manera ostensible: sustancias inertes se convierten en agresivas, opacas en transparentes, sólidos en líquidos, aislantes en conductores y casi todo cambia de color. Teniendo en cuenta que son los mismos átomos los que forman las estructuras que sustentan la vida o las que forman una roca, está claro que tan fundamental como la composición, es la estructuración. Así pues, la manipulación de los componentes de la materia, átomos y moléculas, con el fin de modificar estructuras existentes y crear estructuras nuevas, puede traer enormes beneficios. Y ese es el fin último de la nanotecnología: ofrecer soluciones simples a grandes problemas de la humanidad mediante la manipulación controlada del nanomundo.
Atendiendo a la etimología de la palabra «nanotecnología», está formada por el prefijo de origen griego nano (νάνος), que significa «enano», y tecnología, cuyo significado es entendible para todos. El prefijo nano indica 10–9 en la escala del Sistema Internacional de Unidades. Así, nanotecnología formalmente significa «tecnología en la escala de los nanómetros o nanoescala» e indica precisamente eso, todas las tareas de estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de todo tipo de artefactos y sistemas funcionales que se realizan por intervención humana en la escala de los nanómetros. Incluye también todos los procedimientos, técnicas y metodologías, así como las posibles aplicaciones en todos los ámbitos de la ciencia y la tecnología.
El desarrollo moderno de la nanotecnología es muy reciente, pues hasta el último cuarto del siglo XX no se han desarrollado técnicas de visión y manipulación de átomos. El término «nanotecnología» no se acuñó hasta 1974, y ha sido en las tres últimas décadas cuando la evolución vertiginosa de la nanotecnología está ofreciendo productos y resultados que, o están ya incorporados en productos industriales y de consumo diario, o bien se encuentran en fase de desarrollo en laboratorios de investigación diseminados por el mundo.
En paralelo al desarrollo científico-técnico, el concepto de nanotecnología se va extendiendo en nuestra sociedad, que le da el carácter de «última tecnología» o «tecnología avanzada» sin tener muy claro en qué términos se usa ni qué significa exactamente. Es más, en ocasiones tras este término se esconden efectos o fenómenos no bien comprendidos o explicados. En cualquier caso, basta añadir el prefijo «nano» a un proceso o producto convencional para proporcionarle un valor añadido o un halo de misterio y efectividad, al amparo de lo invisible. La terminología científica añade el prefijo «nano» a un producto si tiene dimensiones muy pequeñas (a un transistor, un tubo, un hilo o una partícula, de dimensiones muy pequeñas, se les llama nanotransistor, nanotubo, nanohilo o nanopartícula). Estas no son simplemente estructuras pequeñas, sino que la reducción en la escala también las hace muy diferentes.
Para entender bien el alcance de la nanotecnología, es imprescindible saber en qué lugar de la escala de tamaños nos movemos. Ya se ha dicho que «nano» indica 10–9 en la escala del Sistema Internacional de Unidades. Por tanto, 1 nm (un nanómetro) equivale a 0,000000001 m, es decir, la milmillonésima parte de un metro, la millonésima parte de un milímetro, o la milésima parte de una micra. Para entenderlo mejor, basta decir que 1 nm es la dimensión de una molécula pequeña y solo entre 2 y 10 veces el diámetro de un átomo. Dicho de otra forma, 1 nm es a una manzana lo que la manzana es al planeta Tierra. Estamos hablando, por tanto, de dimensiones atómicas, si bien por nanométrico se entiende todo aquello que tiene dimensiones de entre 1 nm y 100 nm. El mundo por debajo del nanómetro se conoce como subnanométrico, y por encima de los 100 nm como submicrométrico. Existe, sin embargo, cierta controversia sobre dónde está la frontera real entre el mundo nanométrico y el submicrométrico. Más que el límite de las dimensiones en sí, son las propiedades y la naturaleza del objeto las que le dan o no el carácter nanotecnológico.
La nanotecnología ha encontrado numerosos nichos de aplicación en dominios muy diferentes. Podría pensarse que, al ser las soluciones nanotecnológicas muy pequeñas, las aplicaciones serán necesariamente pequeñas. Sin embargo, las propiedades de los productos nanotecnológicos se han mostrado extensibles al mundo macroscópico, razón por la que el dominio de aplicación no está vinculado al tamaño y hay aplicaciones nanotecnológicas por doquier. La nanotecnología ha convertido la ciencia de materiales y la electrónica en los nanomateriales y la nanoelectrónica, campos que, por su carácter transversal, tienen aplicaciones directas en todos los dominios de la tecnología, allá donde se necesiten materiales más ligeros y resistentes (transporte, construcción, etc.) y electrónica de última generación (sistemas inteligentes). Por la importancia e impacto que las soluciones nanotecnológicas tienen en la sociedad, cabe destacar las aplicaciones en biomedicina (diagnóstico y terapia inteligentes, nuevos fármacos e implantes, eliminación de patógenos, células y tejidos artificiales, terapia génica y celular, instrumental de precisión), computación y comunicaciones (nuevas generaciones de ordenadores y smartphones, almacenamiento de datos, internet de las cosas), y generación y almacenamiento de energía (energías limpias, pilas de combustible), donde la nanotecnología está llamada a proporcionar soluciones innovadoras y rompedoras. No obstante hay aplicaciones en sectores tan diversos como la arquitectura (materiales autorreparables, vidrios y pinturas antihumedad, antipolvo, antigrafitis y antisuciedad), el de alimentación (mejora de calidad y seguridad alimentarias con nanobiosensores, nuevos envases y alimentos), el agropecuario (fertilizantes, fitosanitarios, detección de plagas), el textil (tejidos inteligentes, autolimpiables, antiolor, antimanchas, reguladores de temperatura, ignífugos), el deportivo (raquetas o pelotas de golf), el medioambiental (materiales y procesos no contaminantes, depuración y desalinización de agua, saneamiento de acuíferos y suelos, detección de gases tóxicos), el militar (armas nanotecnológicas, sistemas de defensa inteligente), el de transportes (materiales antirrayadura, iluminación), etc. En todos ellos se ofrecen productos de gran relación calidad-coste, resistencia y prestaciones, a los que no se puede llegar desde la tecnología convencional.
La disminución en las dimensiones de los sistemas hasta la escala atómica, así como la confluencia de las distintas áreas de aplicación (medicina, ingenierías) con las ciencias básicas (física, química, biología), dotan a la nanotecnología de un carácter fuertemente interdisciplinar, en el que participan expertos con distinta formación y perspectiva, lo que ha enriquecido enormemente su desarrollo. La evolución de la física electrónica permitió proporcionar primero soluciones microelectrónicas (desde la década de 1970), que pasaron luego a ser nanoelectrónicas (ambas sustentan la actual sociedad de la información y las comunicaciones). La física de estado sólido está evolucionando hacia los nanomateriales. La biología, por su lado, ha evolucionado desde la biología celular y molecular hasta la biología funcional (estudio de las causas a nivel del organismo individual, que explica cómo los fenómenos vitales se encadenan e integran en la constitución de esas estructuras). Finalmente, la química también ha confluido en la escala nanométrica, evolucionando durante las últimas décadas desde la química de polímeros hasta la química supramolecular (basada en interacciones entre moléculas), que contempla la ingeniería y el autoensamblaje molecular. Por tanto, actualmente convergen en la nanotecnología los nanomateriales, la nanoelectrónica, la biología funcional y la química supramolecular, para generar productos y aplicaciones nanotecnológicas de naturaleza necesariamente híbrida. Piénsese, por ejemplo, en un nanotransistor cuya puerta (un nanotubo de carbono) esté recubierta por moléculas químicas (anticuerpos) que sean capaces de ensamblarse con moléculas características de ciertos tumores (antígenos), de forma que la conductividad eléctrica del transistor cambie cuando se detecten células tumorales: tendríamos un nanosensor biomédico que conjugaría aspectos físicos, electrónicos, químicos y biológicos. Más importante aún que esos productos son las ideas y expectativas que nos trae la convergencia en la escala nanométrica de las cuatro bases del conocimiento actual en biotecnología (genes), tecnología de la información y comunicaciones (bits), neurofisiología (neuronas) y física atómica (átomos). Aunar estos mundos en un mismo recinto está haciendo a la nanotecnología mover los pilares de la ciencia y la tecnología.
El objetivo del libro es posicionar al lector frente a este mundo con una visión amplia y crítica, que le permita ver dónde estamos ahora e imaginar dónde estaremos en un futuro próximo. Ofreceremos primero una visión de la vertiginosa y excitante evolución de la nanotecnología, su influencia científico-tecnológica en el resto de las disciplinas y el enorme impacto en la economía y sociedad actuales. Para entender claramente la razón de este éxito, es necesario conocer y entender los fenómenos y procesos físicos y químicos que tienen lugar en la nanoescala, mostrando para ello los efectos de la miniaturización de las estructuras, fundamentalmente la altísima relación entre la superficie y el volumen de las mismas, lo que les otorga propiedades únicas. Analizaremos también cómo la naturaleza explota la nanotecnología en su (nuestro) beneficio. Posteriormente se mostrarán los componentes básicos constitutivos de la nanotecnología: los nanomateriales y las nanoestructuras que conforman los ladrillos con los que se construyen las soluciones y productos existentes. Son productos y materiales con propiedades sorprendentes, como el grafeno, llamado a ser el material del futuro. La forma de trabajar en nanotecnología es necesariamente específica y peculiar, por lo que se describirán las herramientas que se usan (microscopios de efecto túnel y de fuerza atómica) y las dos principales metodologías de fabricación: de arriba abajo (miniaturización de estructuras) y de abajo arriba (construcción átomo a átomo). Las aplicaciones constituyen un contenido importante del libro, dada la gran cantidad de aplicaciones, nos centraremos en aquellas donde la nanotecnología está ofreciendo soluciones con más impacto y recorrido: la biomedicina, la electrónica, los nuevos materiales y la energía. Finalmente intentaremos atisbar el futuro a medio plazo de la nanotecnología planteando escenarios realistas, discutiendo sus propias limitaciones y aquellas autoimpuestas por el hombre, así como los riesgos del mal uso de la nanotecnología y las oportunidades que nos ofrece.
Evolución de la nanotecnología y relevancia en la actualidad
Los avances tecnológicos vienen originados por la necesidad de solucionar problemas o facilitar la vida a las personas. En algunos casos, son mejoras simples de soluciones ya conocidas. En otros, son ideas rompedoras que suponen un salto vertiginoso respecto a lo que existía anteriormente. No siempre es fácil atribuir la autoría de dichos avances, de hecho desconocemos al inventor de la rueda, o al que empleó el fuego por primera vez para cocinar alimentos. A diferencia de lo que ocurría en la antigüedad, actualmente toda la ciencia y la tecnología están recogidas en publicaciones científicas y en oficinas de patentes, por lo que es relativamente fácil hacer su seguimiento. Eso es lo que ocurre con la nanotecnología y la nanociencia modernas: es fácil rastrear su historia y evolución en las últimas décadas, aunque sorprendentemente existen aplicaciones nanotecnológicas desde la antigüedad. Para entender lo difícil que ha llegado a ser para el hombre la manipulación en la nanoescala, diremos que 1 metro equivale a 1000 milímetros, 1 milímetro son 1000 micras y 1 micra son 1000 nanómetros. Si estos números no nos permiten vislumbrar lo pequeño que es un nanómetro, la imagen de las páginas 18-19 muestra el tamaño relativo de objetos naturales y artificiales (la escala es logarítmica, es decir, cada intervalo representa un orden de magnitud). Téngase en cuenta para valorar en su justa medida el avance que supone la nanotecnología.
NANOTECNOLOGÍA EN LA ANTIGÜEDAD
Aunque la nanotecnología es una disciplina moderna, la humanidad viene empleándola desde hace miles de años, sin ser consciente de ello. Veamos tres claros ejemplos.
Tinta china
Los procedimientos para obtener tinta china proceden del Extremo Oriente y tienen unos 4000 años de antigüedad. Con diversas variantes, la tinta china se consigue mezclando agua con hollín obtenido de la cocción de ramas de árboles no resinosos o de la combustión de aceites vegetales. Para fijar el pigmento, se aglutina la solución con gelatina. Este procedimiento ancestral emplea la nanotecnología de forma extensiva. Tecnológicamente, definiríamos hoy en día la tinta china como «dispersión coloidal de nanopartículas de carbono (pigmento negro) dispersas en un medio líquido formado por agua y un aglutinante de cola proteica (gelatina)». Esta definición muestra la tinta china como un producto nanotecnológico, aunque se venga usando desde hace miles de años.
Esmaltado
El esmalte vidriado o porcelánico es el resultado de la fusión de un material cristalino en polvo con un sustrato a través de un proceso de calentamiento de entre 700 y 900 °C. El polvo se funde y crece endureciéndose formando una cobertura suave y vítrea con nanopartículas empotradas, muy resistente sobre vidrio, cerámicas y metales. Con diferentes usos y técnicas, ha sido empleado en la antigüedad, especialmente en Europa durante la Edad Media para fabricar los bellos rosetones, vitrales y vidrieras de las catedrales. Como ejemplo curioso, los romanos fabricaron en vidrio, en el siglo IV d.C., la conocida como Copa de Licurgo. Conservada en el Museo Británico de Londres, dicha copa tiene la peculiaridad de cambiar de color de acuerdo con la posición del observador o del líquido que contiene. Según se sabe ahora, los romanos habían depositado, con la técnica de esmaltado, nanopartículas de oro y plata de unos 50 nm de diámetro en la copa de vidrio, que otorgan distintas tonalidades a la luz reflejada y refractada. Es obvio que los antiguos romanos no sabían de la presencia de dichas nanopartículas, pero sí eran muy conscientes de la belleza y asombro que obtenían con ese proceso de esmaltado.
Alfanjes
Los alfanjes eran armas de un solo filo, similares a espadas o sables, empleadas por los pueblos árabes en la Edad Media. Eran famosos por su filo afilado, capaz a la vez de hendir armaduras de enemigos o rasgar limpiamente un tejido fino. En su proceso de fabricación, la hoja era templada en la fragua con carbón, lo que depositaba en el filo cilindros de carbono de diámetro nanométrico (conocidos hoy como nanotubos de carbono) que les daban tales características de dureza y resistencia.
Estos ejemplos muestran cómo el ser humano ha avanzado gracias a métodos heurísticos de ensayo y error: ha obtenido productos que le beneficiaban sin saber muy bien el porqué de su éxito, en este caso basado en la nanotecnología.
NANOTECNOLOGÍA EN LA ERA MODERNA
Los avances en física y química en la segunda mitad del siglo XIX y las primeras décadas del siglo XX demostraron que existía un mundo nanoscópico, aunque este no se pudiera ver. Se estableció cierto conocimiento de las magnitudes moleculares y atómicas, y de los procesos que tienen lugar en esa escala, a través de la física atómica y la química de coloides y monocapas superficiales. Sin embargo, no se pueden encontrar en esa época actuaciones que pudiéramos calificar como puramente nanotecnológicas, sino que tienen como protagonista indirecto al nanomundo. Así, en 1857 Michael Faraday (1791-1867) descubrió que el oro podía dar lugar a soluciones de diferentes colores, según las condiciones de iluminación, a consecuencia de su nanoestructura. En 1936, Erwin Müller (1911-1977) (Siemens, Alemania) inventó el microscopio de emisión de campo, con el que se vieron por primera vez imágenes de materiales en la nanoescala. En 1947, John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain (Bell Labs, Estados Unidos) inventaron el transistor basado en semiconductores, iniciando la microelectrónica y con ella la Era de la Información. En 1951, Erwin Müller observó por primera vez la disposición de átomos de wolframio en una muestra de metal con un microscopio ion-campo. En 1956, Arthur von Hippel (1898-2003) (MIT, Estados Unidos) introdujo numerosos conceptos de ingeniería molecular aplicada a diversos materiales.
Aunque muchos de estos hitos tienen su protagonismo y efecto en la nanoescala, se considera que la historia moderna de la nanotecnología comienza en 1959, cuando el eminente físico estadounidense Richard Feynman (1918-1988), en un discurso en la Sociedad Estadounidense de Física celebrado en el Instituto Tecnológico de California, estableció la idea inspiradora de la nanotecnología. En dicho discurso preguntó: «¿Por qué no manipular la materia átomo a átomo?», a la vez que presentaba los escenarios, problemas y oportunidades que presentaría la manipulación de la materia en la nanoescala. Por esa idea se reconoce a Feynman como padre conceptual de la nanotecnología, aunque no hiciera aportaciones concretas en el campo.
Como muchas otras ideas clarividentes, el guante lanzado por Feynman no fue recogido de inmediato, pues se veía como algo futurista y excéntrico y, de hecho, fue prácticamente olvidado. Sin embargo, numerosos científicos y centros de investigación en el mundo estaban por entonces trabajando ya intensivamente en la «microtecnología», al abrigo de la física de semiconductores y la microelectrónica, donde la miniaturización se había convertido en el objetivo fundamental y es por tanto la antesala de la nanotecnología. La dificultad para ver y manipular en la escala nanoscópica hizo complejo el camino, de ahí que en casi dos décadas no hubiera avances significativos.
RICHARD FEYNMAN: EL PADRE CONCEPTUAL DE LA NANOTECNOLOGÍA MODERNA
Tras la comprensión del electromagnetismo, el descubrimiento de la radiactividad y el del electrón a finales del siglo XIX, el siglo XX recibió a la física mostrando el interior de la estructura atómica. La mecánica cuántica y la teoría de la relatividad desembocaron en la física moderna. En este vertiginoso tránsito se pasó a mediados de siglo por la fisión del núcleo atómico, auspiciada por Estados Unidos a través del Proyecto Manhattan. En él trabajaba un joven físico, Richard Feynman, brillante y peculiar, por no decir excéntrico y estrafalario. Nacido en Nueva York en 1918, se formó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y en la Universidad de Princeton, donde se doctoró en 1942. Tras un breve paso por la Universidad de Cornell al finalizar la guerra, desarrolló su carrera científica y docente en el Instituto Tecnológico de California (Caltech). En 1965 recibió el premio Nobel de Física por sus trabajos sobre electrodinámica cuántica. Además de ser un excelso docente, un concienzudo investigador y un inquieto divulgador de la física, Feynman era un auténtico visionario.
Hay espacio en el fondo
El 29 de diciembre de 1959, durante la reunión anual de la Sociedad Estadounidense de Física que se celebró en el Caltech, Feynman impartió una charla titulada «En el fondo hay espacio de sobra». El doble sentido del título no deja lugar a dudas sobre su intención: «aquí hay sitio para el que me quiera escuchar» y también «a nivel atómico (allí al fondo), hay sitio para todos los que quieran trabajar». En su charla decía textualmente: «De lo que os quiero hablar es deI problema de manipular y controlar cosas a pequeña escala […] ¿Por qué no podemos escribir los 24 volúmenes de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler? […] Los principios de la física, tal y como yo los entiendo, no niegan la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo. No es un intento de violar ninguna ley, es algo que puede hacerse, pero no se ha hecho porque somos demasiado grandes». Esta clarividente idea se considera el nacimiento de la nanotecnología moderna. El extraordinario mérito del discurso de Feynman estriba en que se adelantó dos décadas a las primeras realizaciones nanotecnológicas.
A Richard Feynman se le considera el padre de la nanotecnología moderna, al menos desde la vertiente teórica.
No fue hasta 1974 cuando el científico japonés Norio Taniguchi (1912-1999) (Universidad de Ciencias de Tokio, Japón), que trabajaba en dispositivos semiconductores, acuñó el término nanotecnología como el procesamiento, separación y manipulación de materiales átomo por átomo. En ese mismo año, Tuomo Suntola (n. 1943) y sus colegas de la empresa Instrumentarium Oy (Finlandia) patentaron los primeros procesos para realizar depósitos de capa delgada superficiales a nivel atómico, que se siguen empleando hoy en día en la industria micro y nanotecnológica.
Hay que esperar al año 1979 para encontrar el primer hito puramente nanotecnológico: la primera evidencia de la obtención de nanotubos de carbono. Los trabajos de John Abrahamson y Peter Wiles (Universidad de Canterbury, Nueva Zelanda) iban orientados hacia la obtención de acetileno a partir de un arco voltaico de grafito. Casualmente observaron fibras de carbono de 4 a 100 nm de diámetro en el ánodo, que realmente eran nanotubos de carbono. Hubo que esperar hasta 1991 para que Sumio Iijima (n. 1939) (NEC, Japón) acuñase el nombre de nanotubo y diera explicación al proceso que había ocurrido.
En 1981, Gerd Binnig (n. 1947) y Heinrich Rohrer (1933-2013) (IBM, Suiza) dieron a conocer la primera herramienta efectiva que permite trabajar directamente a nivel atómico: el Microscopio de Barrido basado en Efecto Túnel (Scanning Tunneling Microscope, STM), o simplemente Microscopio de Efecto Túnel. A diferencia de los microscopios electrónicos, con el STM no solo se puede visualizar la materia a nivel atómico, sino que también se pueden manipular átomos, al modo que pronosticaba Feynman. El mecanismo de funcionamiento aprovecha un principio cuántico de la física, el efecto túnel, responsable de que una partícula pueda atravesar una barrera de energía superior a la que dispone. Así, puede existir una corriente eléctrica «túnel» entre dos conductores, aunque no haya contacto entre ellos. El STM usa la corriente túnel entre una punta metálica muy fina y una muestra también metálica, que no están en contacto sino muy cercanas, para hacer mapas visuales de la superficie de la muestra y para capturar átomos de la misma (figura 1).
Hacer operar correctamente al STM es complejo, pues requiere un control muy preciso de la corriente túnel. Por ese motivo, a partir del primer STM ha habido numerosas modificaciones y mejoras, aunque ha llegado hasta nuestros días operando bajo el mismo principio básico. Ha sido por tanto una herramienta de primer orden, que supuso el verdadero inicio de la nanotecnología (equivalente al primer uso en la antigüedad de la polea o la palanca). Consciente de la importancia de esta aportación, la Academia Sueca galardonó a Binnig y Rohrer con el premio Nobel de Física en 1986 ¡solo cinco años después de su invención! Compartieron el premio con el científico alemán Ernst Ruska, el diseñador del primer microscopio electrónico. Con este premio, la Real Academia Sueca de Ciencias quiso reconocer la labor de estos investigadores en su afán por visualizar el nanomundo. Fue el primer espaldarazo académico internacional a la investigación en nanociencia y nanotecnología.
En 1981 también se publicaron los primeros trabajos que ligaban procesos bioquímicos con nanotecnológicos, dando origen a la nanobiotecnología. Los seres vivos se pueden entender como un conjunto de nanomáquinas perfectamente engranadas entre sí, que realizan nanoprocesos de ingeniería molecular responsables de la generación y sostenimiento de la vida. Cada orgánulo dentro de cada célula, y cada célula dentro de cada tejido, tienen una misión a nivel molecular que marca la funcionalidad del tejido dentro de los órganos que forman el ser vivo. La base y fundamento de la vida se encuentra a nivel molecular, por tanto a escala nanométrica. Por ejemplo, los ribosomas son corpúsculos intracelulares que sintetizan proteínas a partir de aminoácidos, siguiendo un código genético escrito en el ADN celular. Si entendemos el ribosoma como una máquina capaz de construir sistemas complejos (proteínas) a través de elementos básicos (aminoácidos) siguiendo unas instrucciones programadas (código en ADN), ¿por qué no construir ribosomas artificiales basados en nanomáquinas especializadas en manipulación molecular?
Con la intención de poner los cimientos de la nanobiotecnología, Kim Eric Drexler (n. 1955) (MIT, Estados Unidos) publicó en 1981 trabajos pioneros en la ingeniería molecular, donde se apuntaba a la autorreplicación como una característica futura de este tipo de ingenios. La manipulación molecular controlada se postulaba como un objetivo realizable y suscitó una gran controversia entre la comunidad científica que sigue todavía candente. Consciente del impacto de su investigación, publicó en el año 1986 el libro Motores de la creación: la próxima era de la Nanotecnología en el que se describe una máquina nanotecnológica molecular con capacidad de autorreplicarse. Imaginó en su libro fábricas moleculares con cierto nivel de inteligencia y programación, algo que todavía suena a ciencia ficción. La publicación del libro socializó y supuso la aceptación definitiva del término nanotecnología.
El ruso Alekséi Ekimov (Instituto Óptico Vavilov) descubrió en 1981 los puntos cuánticos (quantum dots, QDs). En 1985, Louis E. Brus (n. 1943) (ATT, Estados Unidos) los incluyó en un fluido, formando una solución coloidal. Un punto cuántico es un nanocristal semiconductor que exhibe curiosas propiedades eléctricas y ópticas, basadas en la mecánica cuántica, intermedias entre moléculas aisladas y material en grandes cantidades. Las aplicaciones de los puntos cuánticos van desde la realización de dispositivos nanoelectrónicos, células solares, y LEDs para iluminación, hasta el diagnóstico médico por imagen e incluso la computación cuántica. Fueron las primeras nanopartículas que se sintetizaron.
Hasta el descubrimiento y síntesis en 1985 de las nanopartículas de carbono conocidas como fullerenos, se creía que el carbono se encontraba en estado puro en la naturaleza en solo dos formas alotrópicas (distintas estructuras moleculares del mismo elemento): el grafito y el diamante. Pero tras hacer incidir un láser sobre una lámina de grafito, se sintetizaron por primera vez formaciones esféricas (parecidas a balones de fútbol) de 60 átomos de carbono y 1 nm de diámetro: el fullereno C60 (figura 2). Por tal descubrimiento, Harold Kroto (n. 1939) (Universidad de Sussex, Reino Unido), Robert Curl (n. 1933) y Richard Smalley (1943-2005) (ambos de la Universidad Rice, Estados Unidos), obtuvieron el premio Nobel de Química en 1996. Con posterioridad se ha desarrollado una química completa basada en estas estructuras. Las interesantes aplicaciones y propiedades de los fullerenos, así como los trabajos de Huffman y Kraetschmer (Universidad de Arizona, Estados Unidos), que a partir de 1991 purificaron y sintetizaron masivamente los fullerenos, posibilitaron la introducción en el mercado de los primeros productos puramente nanotecnológicos fabricados por el hombre.
El microscopio de fuerza atómica (Atomic Force Microscope, AFM) se desarrolló como una evolución del microscopio STM. Fue inventado en 1986 en IBM-Suiza por Gerd Binnig, Calvin Quate y Christoph Gerber. El efecto túnel en el que se basa el STM requería que la muestra sobre la que se trabajase fuera conductora, por lo que el STM no podía usarse sobre una gran cantidad de materiales. Los procesos de metalización para hacer que las muestras fueran conductoras no funcionaban del todo bien y se hacía necesaria la búsqueda de una solución válida para todo tipo de materiales (incluso líquidos biológicos). El AFM basa su principio de funcionamiento en la medición de la fuerza atómica (iónica o covalente) o molecular (Van der Waals) existente entre una punta afilada, fijada a una micropalanca, y la muestra. Dicha fuerza flexiona la micropalanca y un mecanismo láser de precisión representa la forma y rugosidad de la superficie de la muestra (figura 3). Las similitudes de estructura y funcionamiento con el STM hacen que, en la la mayoría de los equipos comerciales actuales, pueda configurarse tanto el modo AFM como el modo STM en un mismo equipo, siendo la herramienta nanotecnológica por excelencia.
La Academia Sueca premió en 1987 a Donald J. Cram (1919-2001) (Universidad de California en Los Ángeles, Estados Unidos), Jean-Marie Lehn (n. 1939) (Universidad Louis Pasteur, College de France, Francia) y Charles J. Pedersen (1904-1989) (Du Pont, Estados Unidos) con el premio Nobel de Química «por el desarrollo y uso de moléculas con interacciones específicas de estructura de alta selectividad». Básicamente se reconocieron sus aportaciones en la década de 1970 a los mecanismos por los que distintas moléculas pueden reconocerse y unirse específicamente unas a otras con arreglo a sus geometrías y mapas de atracción. Dicho de otra forma, sus trabajos en química supramolecular fundamentaron el autoensamblaje molecular.
LAS DIEZ TECNOLOGÍAS ROMPEDORAS QUE CAMBIARÁN EL MUNDO
Si bien es muy aventurado hacer pronósticos sobre el impacto en la sociedad de los avances científico-técnicos, el prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), reconocido mundialmente como un centro puntero y pionero en la mayoría de los ámbitos científico-tecnológicos, establece cada año un conjunto de retos a los que se va a enfrentar la evolución tecnológica en los próximos años. Se publica en su revista MIT Technology Review como «Las diez tecnologías rompedoras que cambiarán el mundo». En la última década se pueden encontrar más de una treintena de propuestas vinculadas a la nanotecnología. Por ejemplo, en su edición de 2006, del total de diez tecnologías propuestas, tres de ellas (nanocélulas solares, imágenes moleculares y litografía de nanoimpresión) son de naturaleza decididamente nanotecnológica, mientras que otras tres (ingeniería inyectable de tejidos, glicómica y criptografía cuántica) están claramente vinculadas a la nanotecnología:
— Nanocélulas solares: desarrollo de nuevos dispositivos nanotecnológicos que aumenten considerablemente el rendimiento de las células solares fotovoltaicas existentes. Puede decidir el papel de las energías renovables en un futuro sin combustibles fósiles.
— Imágenes moleculares: mejora del realce de imágenes para diagnóstico médico basado en nanotecnología a nivel molecular.
— Litografía de nanoimpresión: técnica básica para fabricación masiva eficiente de nanoestructuras usando moldes.
— Ingeniería inyectable de tejidos: síntesis de material biológico (biomateriales) que reemplace a tejidos humanos dañados o enfermos.
— Glicómica: ciencia e ingeniería de azúcares biológicos. Más compleja que la genómica (genes) y proteómica (proteínas), dado que hay más de 40000 azúcares en el cuerpo humano. La ingeniería biomolecular involucrada es mayoritariamente nanotecnológica.
— Criptografía cuántica: desarrollo de sistemas de transmisión de información con seguridad y confidencialidad garantizada, basados en principios de la mecánica cuántica, realizables en la nanoescala.
Los resultados alcanzados en estos campos han marcado el avance de la nanotecnología en la última década. En la edición de 2015, si exceptuamos las tecnologías de índole social (realidad virtual en 3D, pago seguro con smartphones, internet global, internet del ADN) o de crecimiento sostenible (desalación de agua de mar a megaescala, potenciación de la fotosíntesis), de las cuatro tecnologías restantes (nanoarquitectura, biopsia líquida, organoides cerebrales a partir de células madre, comunicación entre automóviles), la nanotecnología tiene presencia clara en tres de ellas:
— Nanoarquitectura: se trata de conseguir materiales cuyas estructuras puedan ser adaptadas de forma precisa y que combinan enorme fortaleza con flexibilidad y extrema ligereza. Además de versatilidad, permiten hacer una arquitectura más sostenible.
— Biopsia líquida: detección del cáncer en su fase más temprana empleando nanomáquinas de secuenciación rápida del ADN.
— Organoides cerebrales: nuevos métodos para hacer crecer grupos tridimensionales de neuronas vivas; podrían aclarar el misterio de enfermedades mentales, demencia y otros desórdenes neurológicos.
Sin embargo, la primera manipulación nanotecnológica de la historia no llega hasta 1989, cuando Don Eigler (IBM, Estados Unidos) dibujó con un microscopio STM las letras del logo de su empresa emplazando 35 átomos de xenón sobre un sustrato de níquel. Aparte de la acción propagandista, este hito es la demostración fehaciente de las hipótesis de Feynman. Entonces se tardó 22 horas, hoy no llevaría más de 15 minutos. Ese mismo año se fundó la primera compañía puramente nanotecnológica: Nanophase Technologies, la primera de las miles de empresas que existen en la actualidad.
En 1991 se dio un impulso notable a la investigación con nanotubos de carbono: Bethune, de IBM, e Iijima, de NEC, descubrieron y sintetizaron los nanotubos de carbono de pared simple (de una sola capa, figura 4). Asombrados por sus notables propiedades térmicas, electrónicas, mecánicas y conductivas, cientos de investigadores en todo el mundo dieron un gran empuje inicial, que hoy se asocia a la investigación en estos nanodispositivos, no solo en su caracterización, sino también en su funcionalización (uso para aplicaciones de todo tipo).
El gran empuje inicial dado a la nanotecnología a finales de la década de los 80 dio sus primeros frutos industriales en 1992, año en el que C.T. Kresge y sus colegas en la empresa Mobil Oil desarrollaron dos materiales catalíticos (aceleradores de reacciones químicas) nanoestructurados (MCM-41 y MCM-48), basados en matrices de nanoporos cilíndricos. A día de hoy se usan extensivamente en refinado de petróleo, tratamiento de aguas y administración de fármacos. Las aplicaciones se fueron diversificando poco a poco. En 1993, Moungi Bawendi y su equipo del MIT (Estados Unidos) aplicaron por primera vez la nanotecnología al diagnóstico de enfermedades. Asociaron QDs a determinadas moléculas presentes en tejidos enfermos, permitiendo el mejor diagnóstico y ubicación de enfermedades al emitir luz en determinadas condiciones. Se establecieron las bases del diagnóstico mediante nanopartículas, ya disponible hoy en día.
Mientras tanto, prosiguió la miniaturización en la escala microelectrónica, naciendo así la nanoelectrónica. En 1997, ingenieros de la compañía Lucent Technologies en Estados Unidos construyeron un transistor de silicio de 60 nm de longitud de puerta.
El final del siglo XX contempló pruebas de concepto muy significativas: los investigadores Wilson Ho y Hyojune Lee (Universidad de Cornell, Estados Unidos) formaron en 1999 por primera vez una molécula de Fe(CO)2 a partir de sus átomos constituyentes mediante un proceso no químico (microscopio STM). Otra barrera que se derribó: en 2000, investigadores de la Universidad de Cornell extrajeron de una célula un motor biomolecular de 80 nm de ancho y le agregaron un rotor de metal para crear el primer motor nanomecánico. Este hito supuso la convergencia de materia orgánica (viva) con materia inorgánica (inerte) para generar un prototipo de máquina bionanotecnológica.
Estas llamativas pruebas de concepto alternaron con el provechoso establecimiento de técnicas de desarrollo y procedimientos de diseño para ser usados a largo plazo. En 2000, Chad Mirkin (Universidad Northwestern, Estados Unidos) inventó la nanolitografía dip-pen (DPN®), procedimiento capaz de construir nanoestructuras conjugando circuitos electrónicos y biomateriales en la escala nanoscópica, con múltiples aplicaciones. Se sigue empleando hoy en día.
CRONOLOGÍA DE UNA DÉCADA PRODIGIOSA
Una vez asentados los pilares de la nanotecnología, desde 2005 asistimos casi a diario a nuevos descubrimientos o invenciones que no dejan de sorprendernos:
2005: Erik Winfree y Paul Rothemund (Caltech, Estados Unidos) desarrollaron teorías para la computación basadas en ADN y algoritmos de autoensamblaje, en el que la computación está incluida en el proceso de crecimiento de nanocristales.
2006: James Tour y sus colegas (Universidad Rice, Estados Unidos) construyeron una nanomáquina molecular que emulaba a un coche a escala nanométrica (véase la imagen). Las ruedas estaban hechas con fullerenos C60, que giraban sobre una superficie de oro en función de la temperatura, haciendo mover al coche como si de un vehículo convencional se tratase. El combustible era, simplemente, el aumento de la temperatura en la superficie. ¡Por encima de 300 °C se movía tan rápido que era imposible de controlar! Ese mismo año se desarrollaron las primeras nanopinturas antirralladuras en la industria del automóvil (DaimlerChrysler, Estados Unidos). Con posterioridad se han desarrollado nanopinturas con muchas otras aplicaciones (desinfección, náutica, aeronáutica, antigrafiti, etc.).
2007: Angela Belcher y sus colegas (MIT, Estados Unidos) construyeron una batería híbrida químico-biológica, sustituyendo el ánodo (polo negativo) de una batería común de ion-litio por una estructura de nanohilos construida a partir de un virus inocuo para los humanos. La batería tenía las mismas prestaciones energéticas que las baterías recargables convencionales, con la ventaja de tener un procedimiento de fabricación de muy bajo coste y sin efectos negativos en el medio ambiente. Se abrió el campo a la captación y almacenamiento eficiente de energía basado en nanodispositivos.
2008: Irrumpieron las primeras nanoceldas de combustible, el inicio de la gran esperanza para eliminar la dependencia de los combustibles fósiles. Desde entonces se han desarrollado nanogeneradores capaces de recolectar y almacenar energía del medio ambiente, nanocélulas solares, células de almacenamiento de hidrógeno, etcétera.
2009: Nadrian Seeman y sus colegas (Universidad de Nueva York, Estados Unidos) desarrollaron técnicas robóticas de autoensamblaje del mismo modo que lo hace el ADN: se generaron secuencias de ADN sintético en 3D, programadas para autoensamblarse en orden y orientación precisos. Este ejemplo demostró cómo, siguiendo los mecanismos existentes en la naturaleza (biomimetismo), se consigue avanzar en nanotecnología.
2010: IBM empleó una técnica de generación de patrones a nanoescala que, con una punta de varios nanómetros, fue capaz de tallar un detallado mapa nanoscópico del mundo en relieve ¡en tan solo 2 minutos y 23 segundos! Este tipo de actividades demostraron que es factible generar patrones y estructuras de hasta 10 nm para todo tipo de aplicaciones, ya sean electrónicas, ópticas o médicas.
2013: Investigadores de la Universidad de Stanford (Estados Unidos) desarrollaron el primer computador realizado con nanotubos de carbono.
2014: La revista National Geographic Kids consiguió un récord Guinness por «La Portada de Revista más Pequeña», gracias a la nanotecnología de IBM. La portada, de 11×14 µm, muestra a dos pandas gemelos. En paralelo, los esfuerzos como el de la oncóloga estadounidense Suzanne Topalian sirvieron y sirven para desarrollar tratamientos inmunitarios contra el cáncer en combinación con los sistemas nanotecnológicos que ofrecen un límite de detección 10 millones de veces más sensible que los métodos convencionales y una tasa de error de 2 por cada 10000 ensayos.
La lista de hitos no es completa, obviamente es imposible recogerlos todos y, lo que es más importante, no termina aquí. En cualquier noticiero, programa de radio o prensa de cualquier lugar del mundo, todos los días se pueden ver noticias vinculadas a la nanotecnología, relacionadas con la salud, la electrónica, la energía, la industria o los materiales. Forman parte ya de nuestra información diaria.
Reconstrucción digital que muestra dos de los «nanoautomóviles» creados por el equipo de James Tour, de la Universidad Rice, sobre una superficie de oro. Se indica con una flecha la ruta seguida por uno de ellos.
Con el comienzo del siglo XXI nació una nueva disciplina: la nanoelectrónica alternativa al silicio. En 2001, investigadores de IBM en Nueva York (Estados Unidos) y de la Universidad de Delft (Holanda) construyeron un circuito lógico usando nanotubos de carbono. Esto supone la convivencia de la nanoelectrónica de silicio proveniente de la miniaturización de la microelectrónica, con aquella construida a partir de nuevos nanodispositivos electrónicos. Esta convivencia se prevé que perdurará fructíferamente en las próximas décadas.
Se fue alcanzando poco a poco la madurez en las aplicaciones: en 2003, Naomi Halas y colaboradores (Universidad Rice, Estados Unidos) desarrollaron un método que, empleando nanopartículas de oro del tamaño adecuado, sirviera como plataforma para el diagnóstico y terapia de cáncer de mama sin el uso de biopsias invasivas, cirugía, quimioterapia o radioterapia. Emplearon mecanismos de direccionamiento biológico para fijar las nanopartículas a las células tumorales. Posteriormente, la absorción por las nanopartículas de determinadas longitudes de onda del espectro infrarrojo permite destruir las células tumorales por sobrecalentamiento (hipertermia), sin afectar a las células sanas. Esta combinación de diagnóstico y terapia abrió un prometedor escenario en aplicaciones sanitarias, del que estamos aprovechándonos hoy en día.
El año 2004 se recordará en los anales de la historia de la ciencia por el aislamiento del material más asombroso conocido hasta este momento: el grafeno. Aislado a partir de grafito con un celofán por Andre Geim (n. 1958) y Konstantín Novosiólov (n. 1974) (Universidad de Manchester, Reino Unido), el grafeno es una lámina plana de átomos de carbono dispuestos de forma hexagonal (figura 5). Lo que asombra son las propiedades que posee, únicas en todo material natural o artificial existente. Sus características mecánicas lo convierten en el material conocido más fuerte, con extrema elasticidad, dureza y resistencia (200 veces la del acero), pero tremendamente ligero (pesa una sexta parte del acero) y más flexible que la fibra de carbono. En cuanto a sus propiedades eléctricas y ópticas, tiene una alta conductividad térmica y eléctrica, soporta la radiación ionizante, consume menos energía que el silicio en aplicaciones electrónicas, genera electricidad al iluminarse, etc. Por si fuera poco, puede autoenfriarse y autorrepararse. El grafeno, calificado ya como el material ideal o quimera, ha abierto un campo de posibilidades inmensas en el campo de los nanomateriales. Tal ha sido el efecto de la irrupción del grafeno, que el premio Nobel de Física de 2010 se otorgó a Geim y Novosiólov por sus revolucionarios descubrimientos acerca de este material, ¡de nuevo solo seis años después del descubrimiento!
Hasta aquí han quedado descritos los comienzos. Aunque es difícil establecer cuándo una disciplina novedosa como la nanotecnología ha llegado a su madurez, consideramos que ya están firmemente asentados los pilares. Los efectos los estamos disfrutando día a día.
IMPACTO SOCIOECONÓMICO DE LA NANOTECNOLOGÍA
El comienzo del siglo XXI supuso un espaldarazo al desarrollo nanotecnológico. Ya ha habido en la última década del siglo XX suficientes demostradores que validan la nanotecnología en diversas aplicaciones, como para abordar con éxito el siguiente paso en el desarrollo tecnológico: la transferencia al mercado. Los productos de consumo basados en nanotecnología empezaron en el comienzo del milenio a invadir los mercados, gracias a su bajo coste y altas prestaciones: materiales ligeros para automóviles que resisten abolladuras y arañazos, pelotas de golf que no desvían su trayectoria, raquetas de tenis más rígidas (la pelota rebota más rápido), bates de béisbol con una mejor flexibilidad, calcetines y ropa antibacteriana, protectores solares transparentes, ropa antiarrugas y resistente a las manchas, cosméticos con actividad terapéutica, materiales autorreparantes, lentes resistentes a los arañazos, baterías de carga rápida para herramientas eléctricas inalámbricas, pantallas mejoradas para televisores, smartphones y cámaras digitales, nanopinturas, etc. A modo de ejemplo, en 2004 el jugador de tenis Roger Federer ganó el campeonato de Wimbledon por segunda vez usando una raqueta reforzada con nanotubos de carbono. Seguramente Federer hubiera ganado el título con su antigua raqueta, sin embargo, este hito supuso la irrupción de los nanomateriales en la industria del material deportivo. Es tal la inundación actual en el mercado de estos productos que difícilmente nos podrán abandonar, simplemente asistiremos a la introducción continuada y sostenida de otros nuevos.
Para entender bien la explosión de la nanotecnología en el siglo XXI, es necesario contemplar el posicionamiento de los gobiernos mundiales para potenciarla y extraerle el mayor beneficio posible. Consciente del impacto de la revolución nanotecnológica, el presidente Bill Clinton lanzó en el año 2000 la Iniciativa Nanotecnológica Nacional (NNI, por sus siglas en inglés) para coordinar los esfuerzos de I+D y promocionar la competitividad de Estados Unidos en nanotecnología. El Congreso aprobó los estatutos de la NNI en 2003, estableciendo programas, agencias responsables, mecanismos de financiación y promoción de investigación en aspectos clave. En ese mismo año, el Gobierno británico encargó a una comisión que preparase un informe («Nanociencia y Nanotecnologías: Oportunidades e Incertidumbres», 2004) acerca de las repercusiones sanitarias, sociales, éticas y ambientales de la nanotecnología, siendo su primer intento de regulación gubernamental. En 2004, la Comisión Europea emitió la acción COM(2004)338 «Hacia una Estrategia Europea para la Nanotecnología», que propuso la institucionalización de la nanociencia y nanotecnología en Europa, a través de estrategias que unificaran la financiación de I+D en este campo. Desde entonces se considera la nanotecnología como un nicho esencial en todos los programas de la Comisión Europea. En 2008, el NNI lanzó las estrategias nanotecnológicas vinculadas al medio ambiente, salud y seguridad en la investigación. En 2012 se lanzaron las ligadas a nanosensores e infraestructura del conocimiento. A día de hoy se siguen estableciendo planes plurianuales en todas estas estrategias. Actualmente todos los países desarrollados o en vías de desarrollo tienen programas de soporte, apoyo y explotación de la nanotecnología.
Sin embargo, la inercia de los sistemas educativos y el carácter multidisciplinar de la nanotecnología originaron cierto retraso en la implantación de estudios específicos en esta materia. Hasta 2004 no se estableció el primer programa de educación superior focalizado en la nanotecnología: el SUNY Albany College of Nanoscale Science and Engineering, en Estados Unidos. Hoy en día hay estudios y centros dedicados a la nanotecnología en muchas universidades en todos los países del mundo.
Aunque se ha dado suficiente información para ubicar al lector en el entorno científico-tecnológico y geopolítico en el que se ha desarrollado la nanotecnología, falta un parámetro esencial: el económico. Como se ha dicho en numerosas ocasiones, la tecnología es el principal motor de cambio de la economía. En este caso, la irrupción de la nanotecnología ha coincidido en el tiempo con la globalización de la economía, por lo que la revolución nanotecnológica también ha sido necesariamente globalizada. Desde que comenzaron a verse las posibilidades que las nuevas técnicas y soluciones ofrecían, las empresas, gobiernos y mercados comenzaron a posicionarse. La ya mencionada NNI, por iniciativa del presidente Bush, obtuvo 3630 millones de dólares para tomar una posición estratégica durante los años 2003-2006. En 2014, el presidente Obama otorgó 1500 millones de dólares, el 85% de los cuales corresponden a salud, ciencia básica, energía y defensa. La cantidad recibida por la NNI desde su creación ha sido de más de 21000 millones de dólares.
Desde sus orígenes, el mercado de la nanotecnología ha ido creciendo, ya sea por iniciativa pública o privada. Los datos son claros al respecto, como muestra la figura 6: en 2002, el mercado nanotecnológico movió en el mundo unos 110000 millones de dólares. El crecimiento ha sido constante hasta los 800000 millones de dólares de 2015. Las figuras 7 y 8 muestran también la distribución del mercado en sus diversos sectores en los años 2002 y 2015.
La perspectiva que en 2006 había de la evolución del mercado nanotecnológico ofrecía para el año 2015 unos números de vértigo: 2 millones de trabajadores en industria nanotecnológica y otros 5 millones en industrias auxiliares. El mercado para 2015 sería superior a un billón de dólares, aproximadamente el Producto Interior Bruto de un país medio como España. Esos números son equivalentes a los de una revolución tecnológica que a medio plazo podría cambiar el mundo, como en su día hicieron la revolución industrial, la revolución en el transporte o la inmersión en las tecnologías de la información y las comunicaciones.
Sin embargo, la crisis económica mundial surgida hacia 2007 afectó de lleno a los mercados financieros y mermó ciertamente el crecimiento del mercado nanotecnológico. Lejos de ser un inconveniente, esta ralentización permitió obtener sosiego y tener una perspectiva tranquila de los caminos que había que recorrer, racionalizando el mercado y ayudando a la convergencia entre la industria de productos nanotecnológicos y la de aplicaciones a la que se dirige. Probablemente se evitó una «burbuja nanotecnológica», es decir, invertir en todo aquello que tenga el prefijo «nano» como garante de ganancias a corto plazo, tal y como pasó con la burbuja «.com».
Coincidió la crisis financiera en el tiempo con la primera (y hasta ahora única) crisis de la industria nanotecnológica. Varios informes de gabinetes de salud laboral y medioambientales sembraron dudas sobre los posibles efectos adversos de la nanotecnología en trabajadores, usuarios y el medio ambiente. Se llegó a calificar la nanotecnología como nociva, levantando recelos en los agentes implicados, incluyendo a los grupos de inversión. Si bien esas dudas no están completamente aclaradas, se están extremando las precauciones para minimizar los posibles efectos negativos. Tales incertidumbres no han detenido el progreso industrial y, ahora mismo, existen más de 4000 empresas en el mundo dedicadas a la nanotecnología, excluyendo aquellas que la emplean indirectamente (industria auxiliar o de aplicaciones). Los países que más impulsan el mercado nanotecnológico son Estados Unidos, Japón, China y Alemania, destacando el auge de China, que viene creando entre 300 y 500 empresas por año.
Los informes de análisis para el futuro indican un fuerte crecimiento del mercado nanotecnológico, entre el 8 y el 20% anual hasta 2025. Se prevé un fuerte avance en la confluencia de la nanotecnología con la biotecnología, la tecnología de la información y las comunicaciones y la tecnología cognitiva (ciencia neuronal). Estas cifras y tendencias podrían verse modificadas sustancialmente en el caso de nuevos descubrimientos de alto impacto, sobre todo en el mercado energético. Si se encontrara una fuente nanotecnológica de energía limpia y barata, es fácil imaginar cómo revolucionaría los mercados. La historia de la tecnología está plagada de burbujas que han explotado por falsas expectativas, así como crecimientos económicos espectaculares como consecuencia de descubrimientos o invenciones simples. En el caso de la nanotecnología, hay tanto esfuerzo invertido y tantos agentes implicados que es impensable concebir el que no haya un futuro esperanzador.
Para completar la visión sociológica de la nanotecnología es necesario introducirse en el imaginario colectivo, en el que se vincula la nanotecnología con la ciencia ficción. Esta visión proviene de lo cerca que se perciben los avances científicos rompedores de todo aquello incomprensible, asombroso e incluso de naturaleza mágica. Eso ha ocurrido a lo largo de la historia en numerosas ocasiones y es fácil imaginar la impresión que se llevaría un antepasado nuestro si pudiera vernos hacer con un smartphone una gestión a través de internet. En el caso de la nanotecnología, son tales las expectativas que es fácil sucumbir a visiones futuristas o pronósticos apocalípticos.
La literatura y el cine han explotado muy bien esa dicotomía amparada en la nanotecnología, mitad deseo y mitad realidad. Por ejemplo, la película Viaje alucinante (Richard Fleischer, 20th Century Fox, 1966), narra el viaje fantástico al interior del cuerpo humano del submarino tripulado Proteus, que ha sido reducido de tamaño en el Centro de Miniaturización Estadounidense. La misión es disolver un trombo en el cerebro del único científico capaz de optimizar el difícil proceso de miniaturización. Más allá de la ciencia ficción que entretiene al espectador, contiene fielmente dos realidades: el interés de las potencias mundiales en usar la miniaturización como una herramienta poderosa y un objetivo de la nanomedicina, la posibilidad de que una nanomáquina pueda actuar sobre una lesión interna sin necesidad de intervención desde el exterior. Ya se han mencionado algunas pruebas de este concepto, por ejemplo, nanopartículas metálicas inoculadas en el cuerpo son dirigidas hacia células tumorales y las destruyen sin afectar a células sanas. Obviamente hay sensibles diferencias entre la terapia real y la presentada en la película, ¿o no tanto?
Lo que asombra en la ciencia ficción es la posibilidad de miniaturizar cosas, algo que ya se consideraba en las obras clásicas (Los Viajes de Gulliver, Alicia en el País de las Maravillas, etc.). Si bien la nanotecnología no es capaz de encoger objetos al modo que se presenta habitualmente, el avance en las técnicas de fabricación sí permite construir cosas cada vez más pequeñas. La cuestión es que cada vez más, con la gran cantidad de libros y películas que incorporan «detalles nanotecnológicos», se está viendo la nanotecnología como algo natural, ayudando a su conocimiento y socialización. Aunque en muchos casos se tomen licencias y realmente muestren ciencia ficción. Pero eso a lo mejor hoy, mañana puede ser que no.
Pulsuz fraqment bitdi.
