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Nanovida

En 2020, el día a día se vive a escala nanotecnológica

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Abril del año 2020. Hace ya 12 años que el Observatorio de Prospectiva Tecnológica Industrial (OPTI) realizó, en la primavera de 2008, su estudio Aplicaciones industriales de las nanotecnologías en España en el horizonte 2020. Buena parte de lo que allí se decía se ha cumplido: la industria española se ha modernizado y, aunque depende en gran medida de tecnologías extranjeras, ha adoptado los nuevos procesos industriales en los que los robots llevan el peso de la producción. Como decía el informe, las ciencias aplicadas centradas en la manipulación de la materia a escala atómica y molecular (nanométrica) han sido el motor de una nueva revolución industrial con impacto en todas las esferas de la vida.

Aunque el ojo humano sea incapaz de ver un nanómetro (la millonésima parte de un milímetro), los cambios a su alrededor sí son bien visibles. Como dice la directora general de la OPTI, Ana Morato, 'no ha sido un cambio radical, sino una evolución'. Ya en 2008 había productos mejorados o con nuevas propiedades basados en nanomateriales, como las más modernas células solares, una raqueta de tenis o un simple pintalabios. Pero ahora prácticamente todo tiene una base nanotecnológica.

Carlos, por ejemplo, es un padre soltero. Prepara el desayuno a su hijo. El niño juega en un suelo de baldosas que, gracias a una serie de nanopartículas añadidas, conservan una temperatura tibia. El chico golpea su pequeño robot contra un suelo que tiene capacidad antirrayado, además de antibacteriano.

España era, años atrás, una potencia mundial en este sector; la cerámica suponía el 2% de su producción industrial. Las empresas, acostumbradas a la innovación, no tuvieron los problemas de otros sectores para adentrarse en el negocio de lo infinitamente pequeño. Ahora, al reconocido diseño de sus azulejos y baldosas, unen nuevas capacidades térmicas, antideslizantes, esterilizantes y autolimpiables.

La materia y sus sorpresas

Para llegar a esta situación, en la que hasta en el barro fundido se introducen nanosensores, la nanotecnología vivió una explosión desde 2010. La nanociencia databa de los años setenta del siglo XX, pero no fue hasta la primera década del XXI cuando se empezó a conocer el comportamiento de la materia a escala nanométrica. Tras la sorpresa inicial de los científicos al comprobar que un mismo material no interactúa igual a escala macro que nano, los distintos laboratorios del mundo empezaron a descubrir nuevas propiedades de los materiales y nuevos materiales en sí.

Hay algo que sigue uniendo la era pasada con la de 2020. Si el carbono era entonces la base de la vida, ahora los materiales basados en este elemento químico tienen un papel vital en la sociedad actual. Nanotubos, nanocapas, nanohilos, nanoesferas y otras mil formas del carbono a nivel atómico son la base de todo lo físico. Con el concurso del carbono y otros nanomateriales basados en el silicio, las arcillas o diferentes metales se construyen, capa a capa, compuestos mayores. Según su configuración, pueden autoensamblarse, o formar figuras geométricas más grandes.

Sus aplicaciones son muy amplias: almacenamiento de hidrógeno, sensores de maduración de la fruta, textiles que no se manchan o informática avanzada. En 2008, era raro el día que no aparecía un nuevo nanomaterial. El problema era que no se sabía cómo reproducirlos industrialmente y no salían de los laboratorios.

Los principales problemas con los que se enfrentaron la ciencia y la industria en los años previos al 2020 han sido el desarrollo de sistemas e instrumental y de procesos para manipular la materia a escala molecular. Sin embargo, ejemplos como la de una pasta de dientes basada en nanopartículas de peróxido de calcio, aparecida en marzo de 2008, fueron generalizándose. Entonces, había 619 productos en el mercado hechos con nanomateriales, según el proyecto PEN , una iniciativa lanzada en 2006 para monitorear el novedoso fenómeno de la nanotecnología.

Según los datos de PEN, la plata a escala nano era el material más utilizado en los productos comercializados. Se encontraba en 143 de ellos. El carbono, incluyendo nanotubos y fulerenos (la forma más estable de este elemento tras el diamante y el grafito) es el segundo nanomaterial más usado. Otros que aparecen son el óxido de zinc, el dióxido de titanio, el silicio y el oro.

Este metal precioso ejemplifica el cambio de paradigma que supone la nanotecnología. Se trata de un material que, en volumen, no tiene unas características que, a escala nanométrica, se revelan como excepcionales. Por ejemplo, los cluster o grupos de oro de 3 nm activan reacciones de oxidación de otras moléculas imposibles en otras condiciones.

Era del Hidrógeno

Esta propiedad ha convertido al oro y otros metales en excelentes nanocatalizadores, dándoles un papel clave en la Era del Hidrógeno. El transporte y la energía han sido de dos de los ámbitos en los que más se ha notado el impacto de la nanotecnología.

La situación de 2008 era insostenible: los distintos medios de locomoción basados en combustibles fósiles representaban el 28% de las emisiones de CO2 a la atmósfera y el consumo del 70% del petróleo. Era necesaria una alternativa y el hidrógeno almacenado en pilas de combustible fue la respuesta. Las pilas son dispositivos electroquímicos que, mediante un catalizador de nanopartículas de oro, por ejemplo, transforman la energía química del hidrógeno en electricidad y agua, sin emisiones y con un rendimiento mayor del 50%.

Aparte de la propulsión, los coches no han cambiado mucho en apariencia, excepción hecha de los caprichos del diseño. Los vehículos se hacen con los mismos materiales básicos de entonces. Las ruedas, por ejemplo, siguen siendo redondas, pero la incorporación de nanopartículas de negro de carbón y nanoarcillas han conseguido que la banda de rodadura sea mucho más resistente a la abrasión y al desgaste. Además de ahorrar un 20% de combustible, eso incrementa la seguridad del coche. El uso de nanoestructuras de alta resistencia y bajo peso de aluminio, magnesio o titanio han hecho más resistentes y ligeros a los coches (y los aviones).

Para los que gustan de tunear su auto, las nuevas pinturas, además de ser antirrayaduras, cambian de color según incidan los rayos del sol. En el habitáculo, los polímeros nanocompuestos y los textiles inteligentes aportan seguridad en accidentes por sus capacidades ignífugas o de absorción.

Pero, como dice Gotzon Azkárate, coordinador del estudio de la OPTI, 'aunque la nanotecnología afecta a todas las facetas de la vida, lo que más impacta a la gente han sido los avances conseguidos desde 2008 en las tecnologías de la información y las comunicaciones, por un lado, y el ámbito de la salud por el otro'.

La miniaturización de los transistores y los chip por la vía mecánica había llegado a un callejón sin salida. La litografía empezaba a cometer errores en las obleas de silicio, ya en 2005. La nanoelectrónica y la espintrónica (tecnología que aprovecha la carga del electrón y su espín o giro) han multiplicado la capacidad de computación y almacenamiento. Los nuevos transistores, basados en nanotubos de carbono o fotones de silicio procesan más información y más rápido que es transportada por la carga del espín del electrón. 'La capacidad de información, realmente ubicua, ha cambiado la vida', explica Azkárate.

La salud, lo primero

Era previsible que, siendo una de las constantes preocupaciones de los seres humanos, la salud fuera uno de los campos en los que más ha avanzado la aplicación de la nanotecnología. En el área del diagnóstico, se han conseguido biosensores que contienen un receptor biológico (una enzima o un anticuerpo) capaces de detectar una enfermedad o infección cuando sólo han sido afectadas algunas células. Esto permite detectar patologías como el cáncer en fases tempranas de desarrollo.

La nanomedicina regenerativa vive un cambio radical. Los avances con biomateriales, como los cristales activos han ayudado a la regeneración del hueso, combatiendo la osteoporosis o la artrosis. Además, la ingeniería con nanotejidos ha permitido decir adiós al fenómeno del rechazo en los trasplantes.

Por otro lado, desde mediados de la década pasada, buena parte de las medicinas se administran en minúsculas dosis mediante dispositivos capaces de atravesar los poros de 50 nm de diámetro de los conductos vasculares y las membranas celulares. Los nuevos sistemas de liberación dosificar así la cantidad y focalizan el objetivo

Según varios medios de comunicación, los laboratorios farmacéuticos trabajan ahora en el diseño de nanorobots y nanovigilantes. En los próximos años, los primeros viajarán por el torrente sanguíneo, entrando en acción al detectar la enfermedad. Antes de 2030, los nanovigilantes podrán avisar en caso de un trombo en el cerebro o un coágulo en el corazón de forma inmediata.

Otras áreas relacionadas con el bienestar, como la alimentación y el medio ambiente, han sido modificadas por la nanotecnología. Los envases, por ejemplo, llevan sensores que controlan el estado del contenido. Gracias a sus propiedades fotónicas, magnéticas o eléctricas, diferentes nanoestructuras de función específica interactúan con otras moléculas. De esta manera, los materiales dañinos pueden ser descompuestas en elementos inocuos e, incluso, habrá nanoestructuras dedicadas al tratamiento de las aguas residuales.

Sin embargo, no todos están contentos con la nanotecnología. Grupos de activistas medioambientales y ciudadanos denuncian que algunas nanopartículas, como las de plata, están provocando daños a los operarios que las manipulan. Aunque no hay estudios concluyentes, otros temen que éstas pasen al cuerpo humano desde sus vestidos o materiales que tocan.

Precisamente, el informe de la OPTI en 2008 recomendaba la necesidad de regular la investigación nanotecnológica para evitar esta reacción de rechazo y comprobar la inocuidad para el medio ambiente y la salud de la manipulación de la materia. Como en anteriores revoluciones industriales, la nanotecnología ha provocado la división entre partidarios y detractores.

El informe impulsado por la OPTI se elaboró en base a un amplio cuestionario remitido a 500 expertos españoles en nanotecnología. Su conclusión fundamental es que, salvo en determinados sectores como el cerámico o el de la industria auxiliar de la automoción, España tiene que espabilar si no quiere perder este tren. “En actividades de desarrollo e investigación tenemos una buena posición”, explica el coordinador del informe, Gotzon Azkárate. Incluso, en varias líneas de investigación, la nanociencia española es superior a la de los países de su entorno.
El problema es el de siempre, el eterno mal de España que diagnosticó Miguel de Unamuno el siglo pasado: el desencuentro entre científicos y la industria. “Si en 2020, mantenemos la posición actual y conseguimos que haya transferencia a la industria, lo habremos conseguido”, advierte Azkárate. La directora de la OPTI, Ana Morato relata algunas condiciones: más especialistas, buscar sinergias y crear consorcios en torno a una idea. “No vamos a perder este tren. En muchos sectores, nuestra competitividad pasa por incorporar la nanotecnología o nos sobrepasarán”, asegura.