A las micropuertas del nanomundo

Bibiana Bonmatí / 31-08-2006

Si miramos a nuestro alrededor nos damos cuenta de que estamos rodeados de unidades de medida: kilos de peras, metros de tela, litros de agua... Recordemos cuando en el colegio nos hacían pasar a múltiplos y submúltiplos de una unidad: 1 decímetro son 0,1 metros; 1 centímetro son 0,01 metros. Los prefijos deci-, centi-, kilo-, etc. nos permiten aumentar o disminuir la unidad en cuestión y nano- es uno de estos prefijos. Proviene de la palabra latina nanus, que quiere decir enano. Esto es porque 1 nanómetro son 0,000000001 metros o, dicho de otro modo, una milmillonésima parte. Pero, ¿qué hay que sea tan pequeño? Pues bien, se trata del átomo.

A pesar de que existen partículas de menor tamaño que el átomo, éste se considera la estructura básica de la materia. Las propiedades de los cuerpos dependen de cómo se organizan los átomos que los constituyen. Un diamante contiene los mismos que el carbón, pero ordenados de un modo distinto.

Aportemos algunos datos para descender al tamaño requerido: una hoja de papel tiene unos 100.000 nm (nanómetros) de espesor y un cabello humano unos 80.000 nm. De hecho, una partícula nanométrica es menor que una célula viva, y sólo es posible verla con los microscopios más potentes disponibles actualmente.

La física que rige el comportamiento de un cuerpo formado por millones de átomos difiere de la que controla unos pocos: a los planetas se les aplica la ciencia de Newton; y a los átomos la física cuántica. Por ejemplo, la gravedad, tan importante en nuestras vidas, para los átomos es totalmente despreciable. En cambio, aparecen nuevos fenómenos gobernados por unas leyes que apenas influyen en nuestro mundo del metro, del litro o del gramo. A partir de un cierto tamaño, los objetos empiezan a comportarse de un modo distinto. ¡Se vuelven locos!

La física cuántica, que lleva un siglo avanzando, está a punto de dar un nuevo salto. Hasta ahora se ha mantenido como una ciencia ligada más al estudio teórico de los fenómenos a escala atómica que a la práctica, pero en el futuro será la reina de la tecnología.

La historia de la humanidad ha evolucionado en gran parte gracias al control de la materia y el dominio de los materiales, desde la edad de hierro, las aleaciones, el uso de cerámicas, etc.

En los últimos años, el tamaño de los aparatos tecnológicos se ha ido reduciendo progresivamente. Es de sobras conocido que los primeros ordenadores eran enormes, de hecho ocupaban habitaciones enteras, pero cuando empezó a desarrollarse la microelectrónica (del tamaño de una millonésima de metro) se produjo una revolución en el diseño de los ordenadores, y también de las tecnologías aplicadas a la medicina, entre otros muchos. Pero ahora ha empezado otra revolución mucho más "pequeña".

Así que dejemos de lado los microchips y adentrémonos en el "nanomundo" de los átomos. La clave para poder realizar este sueño está en poder controlar la materia, de la misma manera que hacemos con los microdispositivos que existen en la actualidad, pero a una escala mucho menor. El objetivo de la investigación en nanotecnología es explotar las propiedades físicas, químicas y biológicas existentes a escala nanométrica, diferentes de las de los átomos individuales, las moléculas y la materia. Podría definirse como la capacidad de trabajar con un objeto nanométrico para que realice una función.

Esta novedosa ciencia tiene como particularidad ser interdisciplinar. En ella caben la física, química, biología, medicina, ingeniería... y abarca campos tan dispares como la terapia génica o la construcción de satélites. Ha roto las barreras científicas, cuyas disciplinas con frecuencia divergen en lugar de converger.

Aunque la nanotecnología esté todavía poco presente en productos manufacturados, las nanopartículas se usan en muchas industrias. Muchas veces los nanomateriales se combinan con otros materiales para mejorar su funcionalidad, por ejemplo si a la superficie de un cristal se añaden compuestos hidrófobos, es decir que repelen el agua. Lo que podemos observar a gran escala es como el agua resbala sobre ese cristal.

Uno de los primeros logros conseguidos por la nanotecnología es la "construcción" de nanotubos. Estas estructuras están formadas por láminas de átomos de carbono dispuestos en forma de hexágonos que a su vez se cierran formando un cilindro. Un nanotubo puede ser de 10 a 100 veces más fuerte que el acero (por peso de unidad), y es mucho más eficaz en el transporte de corriente que el clásico tubo de cobre. Estas nanoestructuras se utilizan, por ejemplo, en las raquetas de tenis ligeras o en transistores.

En el campo de la ingeniería espacial se suele hablar de nanosatélites cuando se refieren a un satélite de menos de 10 kilos. Aunque no se trata de un tamaño atómico, la tecnología que se requiere para construir una sonda de estas características ha de ser lo más ligera posible, y por tanto es necesario implementar nanodispositivos. Las ventajas en este campo son inmediatas, no sólo por la disminución del peso, sino también por el control térmico o la reducción del consumo. Pero existen todavía algunos aspectos por estudiar. Por ejemplo, falta valorar hasta qué punto, en el espacio, los nanodispositivos se ven afectados por la radiación, ya que en principio son más vulnerables debido a su estructuración atómica.

Desde otro punto de vista, la sociedad verá rápidamente cambios en su entorno. Ahora ya se pueden adelantar algunas de las novedades que nos depara el futuro, sobre todo en informática. La nanotecnología facilitará la producción de ordenadores todavía más pequeños que almacenen más información y procesen los datos a mayor velocidad que los disponibles hoy en día. Muchos discos duros ya contienen capas de materiales magnéticos con un espesor nano para obtener una mayor memoria.

Además del aumento espectacular de la capacidad de almacenamiento de datos en dispositivos de unos pocos centímetros, habrá materiales ultraligeros diez veces más resistentes que el acero. En biomedicina, se está investigando nuevos métodos de nanomedicina para llevar moléculas al órgano del cuerpo a tratar. El diámetro del material genético (DNA), está en el rango de 2,5 nm, mientras que el de los glóbulos rojos es de aproximadamente 2,5 micrómetros. Aun así, las aplicaciones médicas de la nanotecnología, aunque pueden traernos grandes progresos, también comportan algunos riesgos que ya se están estudiando y que requerirán una mayor regulación en este campo.

Finalmente, siempre hay que aprovechar la coyuntura y la novedad de las nuevas tecnologías en desarrollo para introducir nuevos productos, como es el caso de un dulce llamado "Nano Chups", obviamente con unos pocos átomos de más.

Pero, en cualquier caso, la carrera por la nanotecnología ya ha empezado.

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  • El mundo NanoEl mundo Nano

    Autor: Gotzon Cañada

    Créditos imágenes originales: ver animación

    © caosyciencia.com

El autor

Bibiana Bonmatí es Licenciada en Física por la Universitat de Barcelona (UB) y Máster en Comunicación Científica por la Universitat Pompeu Fabra (Barcelona). Actualmente trabaja como redactora científica en la Unidad de Comunicación de la UB.

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