Nanotecnología: Un pequeño mundo con grandes objetivos

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Es imposible hablar de nanotecnología y no imaginarse dentro de una película de ciencia ficción. En una donde todo se torna increíblemente pequeño, algo así como 100.000 veces más delgado que una hoja de papel. Pero que el tamaño no engañe, sus beneficios son gigantes, ofreciendo soluciones a problemáticas de salud, energía, medioambiente, economía y tecnología, entre otros.

Imaginemos edificios que reciclan aire; seres humanos con músculos de polímeros artificiales que reemplazan partes del cuerpo; computadores de bolsillo con almacenamiento superior; o pequeñas partículas metálicas capaces de diagnosticar y tratar con precisión patologías como el Alzheimer y cáncer. No es fantasía, sino más bien la apuesta de la nanotecnología, una ciencia que comprende el estudio, diseño, creación, síntesis y aplicación de materiales a nanoescala, los que al ser manipulados como moléculas y átomos presentan fenómenos y propiedades totalmente nuevos. 

En este sentido, las propiedades de los materiales como el oro, hierro o carbono no solo dependen de lo que son, sino que también dependen de sus estructuras y de cómo están ordenadas. Por ejemplo, hasta antes de la nanotecnología se conocía al carbono como un elemento oscuro y frágil que básicamente podía ser utilizado para la combustión, sin embargo, al analizar su estructura mínima podemos modificar el orden de los átomos para obtener grafeno, un material transparente, flexible y capaz de conducir electricidad. 

“Cuando los materiales tienen dimensiones nanométricas, donde 1 nanómetro es una millonésima parte de un metro, sus propiedades cambian sustancialmente. Cambian de color, los aisladores eléctricos se vuelven conductores, los materiales magnéticos dejan de serlo, los opacos se vuelven transparentes”, señala Juan Escrig Murúa, Director del Laboratorio de Nanomagnetismo de la Universidad de Santiago de Chile.

Si bien la nanotecnología es un área relativamente nueva de la ciencia, crece a paso agigantados gracias al desarrollo de equipamiento tecnológico que permite obtener y caracterizar nanomateriales que serán parte de desarrollos de “súper” implementos en áreas como la eficiencia energética, dispositivos electrónicos, optimización de prendas de vestir y, sin dudas, jugará un papel crítico en la medicina del futuro y el cuidado de la salud.

“Hasta ahora, la mayoría de los esfuerzos de la nanotecnología se han enfocado en la biomedicina con el objetivo de ofrecer nuevas y mejores herramientas para el diagnóstico de enfermedades, tratamientos o terapias” complementa Marcelo Kogan, doctor en química y profesor de la Facultad de Química de la Universidad de Chile. 

¿Cómo nació el término Nanotecnología?

La primera vez que se habló de nanoescala fue en 1959, año en que el Físico estadounidense Richard Feynman (Premio Nobel de Física 1965) pronunció el discurso “There´s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio ahí abajo) en el que describió un proceso que permitiría manipular átomos y moléculas en forma individual, gracias a instrumentos de alta precisión. En este discurso, Feynman aseguró que con dicha técnica se podría diseñar y construir sistemas en la nanoescala, átomo por átomo, que exhibirán propiedades distintas a las presentes en la macroescala.

Veinte años después, el ingeniero norteamericano Eric Drexler, publicó en la revista Proceeedings of the National Academy od Sciences una investigación titulada “Molecular engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation” (Ingeniería molecular: un enfoque para el desarrollo de capacidades generales para la manipulación molecular), donde describe con más detalle lo enunciado por Feynman, acuñando por primera vez el término “nanotecnología”, donde, a grandes rasgos, describe materiales con capacidad de autorreplicarse. 

Idea que también utilizó el científico Japonés Norio Taniguichi quien, en 1974, habló de la ciencia que procesaba, separaba y manipulaba materiales átomo por átomo.

Nanotecnología hecha en Chile

Han pasado casi 50 años desde que la nanotecnología irrumpió en el quehacer científico, y desde entonces ha modificado a gran escala las posibilidades del desarrollo en todas partes del mundo. Chile no es la excepción y actualmente existen casas de estudios y centros destinados a generar materiales con capacidades nanométricas.

Por ejemplo, el Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnología (CEDENNA) de la Universidad de Santiago de Chile está trabajando en tres proyectos. El primero busca crear dispositivos electrónicos pequeños con memoria rápida y capaces de almacenar mucha más información que en la actualidad. Otro, generará un nanomaterial de óxidos metálicos capaz de eliminar gérmenes en superficies de pasamanos, envoltorios de alimentos e incluso pinturas. Y el último, apunta a trabajar en la síntesis y caracterización de óxidos nanoestructurados para usarlos en la optimización de baterías de litio. 

“Desde Chile podemos participar en la construcción de un futuro lleno de oportunidades, impulsando una economía de innovación y valor agregado. Es por esto que para el país es fundamental contar con un centro como el CEDENNA, que promueve el desarrollo de proyectos y emprendimientos en la nanoescala y que apoya la difusión de la nanociencia y la nanotecnología en los distintos espacios de la sociedad chilena”, recalca Scrig, quien destaca la importancia de que instituciones nacionales formen a los futuros ingenieros y científicos en esta disciplina “que, junto con el campo de la robótica, inteligencia artificial, computación cuántica y biotecnología forma parte de la llamada Cuarta Revolución Industrial”.

Paralelamente el equipo del departamento de Química de la Universidad de Chile, liderado por el Doctor en química Marcelo Kogan, trabaja en proyectos relacionados a la nanotecnología, centrándose en investigaciones que desarrollan materiales denominados “teranosis”, los que serían capaces de diagnosticar y tratar en nanoescalas enfermedades como el cáncer y el Alzheimer, intentando lograr un diagnóstico temprano y posibilitar el acceso a terapias más efectivas.

“Las proyecciones son interesantes, ya que, por ejemplo, para la enfermedad de Alzheimer se sabe que en la mayoría de los pacientes se inicia a los 30  años con cambios moleculares en el metabolismo del cerebros, es decir, cambios en el funcionamiento de las neuronas. Sin embargo, estos cambios no pueden ser medidos ni detectados. Por lo que los médicos solo pueden diagnosticar la enfermedad cuando se presentan los primeros síntomas clínicos, digamos que en un promedio de edad de los 60 años, es decir, 30 años después de que las células del cerebro empezarán a manifestar los primeros “problemas”. Es difícil arreglar problemas acumulados hace 30 años. Por ello trabajamos para crear herramientas que le permitan a los médicos visualizar directamente en el cerebro estas fallas, así mientras antes se comience con el tratamiento mejores expectativas de vida puede esperar ese paciente” cuenta el académico de la Universidad de Chile, Marcelo Kogan. 

El futuro de la nanotecnología

Por la velocidad con la que se desarrolla la nanotecnología es difícil especular sobre aplicaciones en los próximos años. Eso sí, los científicos prevén que su implementación sostenida contribuirá significativamente al desarrollo social y económico de los países.

Hasta ahora, los especialistas han señalado que esta disciplina tiene cuatro generaciones de desarrollo y que, con suerte, hoy estamos finalizando la primera, donde hemos sido capaces de modificar estructuras de materiales, pero su aplicación aún es acotada.

Acá surge el desafío de la segunda etapa: dejar de modificar para comenzar a generar materiales, especialmente de características livianas y duraderas, para, por ejemplo, generar automóviles de mejor rendimiento o cápsulas que aprovechen de mejor manera las energía liberadas por los fotones.

Las próximas etapas apuntan a ser capaces de diagnosticar y tratar enfermedades con nanoparticulas, y luego alcanzar nanosistemas avanzados capaces de controlar y desarrollar órganos artificiales.

Aún quedan grandes dudas sobre los alcances de esta disciplina,  pero cada vez son más quienes se suman a la carrera tecnológica de las nanopartículas.