Protón FÍSICA

¿Qué es y para qué sirve la nanotecnología?

En una escala pequeñísima, la materia se comporta de una manera rara. ¿Es verdaderamente dorado el oro? ¿Pueden servir los nanoobjetos para curar enfermedades?

¿Qué es y para qué sirve la nanotecnología?

¿Qué es y para qué sirve la nanotecnología?

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Por: Jorge Montanari

La palabra “nanotecnología” se encuentra cada vez más presente entre nosotros. No hace falta dedicarse a la ciencia para toparse con ella por uno u otro motivo: desde el comienzo del siglo XXI, de hecho, se fue introduciendo en la cultura popular y en nuestro día a día. Desde películas de ciencia ficción (Hulk, en 2003, tenía nanotecnología en el cuerpo, al igual que el malo de Spiderman de 2002), hasta unos cuantos productos que se anuncian con la palabra “nano” inmiscuida en alguna parte de la marca o el modelo (hay, incluso, planchitas para el pelo y raquetas de tenis que contienen nanotecnología).

El Hulk de 2003 tenía nanotecnología en el cuerpo.

Si ahora las nanocosas se han convertido en un lugar común del lenguaje cotidiano, antes esto no ocurría: a los de más de cuarenta, “Nano” los remitirá a una telenovela exitosa de los noventas. Y a los que tienen algún año más todavía, les hará recordar a Joan Manuel Serrat.

Para entender por qué el mundo de la nanotecnología es fascinante, tenemos primero que tomar dimensión de cuán pequeño es un nanómetro. Así como dentro de cada centímetro de una regla escolar hay diez rayitas más chicas correspondientes cada una a un milímetro, dentro de cada milímetro hay nada menos que un millón de nanómetros.

Ni siquiera con un microscopio podemos llegar a ver estructuras de unos pocos nanómetros. Son muy, pero muy chicas, tan chicas que es difícil concebirlas sin proponer alguna comparación un poco más cercana a nuestra cotidianeidad. Imaginen que hay diez personas esperando en fila el colectivo. Dicha fila mide unos siete metros de largo, porque cada persona, parada, ocupa algo menos de un metro. Ahora bien: si cada persona ocupase solamente un nanómetro, en esa misma fila no cabrían solo diez personas sino toda la humanidad entera. La humanidad entera en siete metros de fila.

No es oro todo lo que reluce

¿Pero por qué la nanoescala nos resulta tan interesante? ¿Se trata solo de una moda luego de que el mundo que nos reveló el microscopio se nos volviera habitual y cotidiano? Definitivamente no. Cuando los materiales se presentan en partículas más pequeñas que unos cien nanómetros de tamaño, sus propiedades empiezan a cambiar de modo sorprendente, de manera que, más que una moda, debemos entender a la nanotecnología como una revolución que introduce un nuevo paradigma.

Si dividimos un lingote de oro en trozos más pequeños, seguiremos teniendo trozos que lucen aparentemente igual que el lingote original. Si a su vez dividimos estos trozos en trozos cada vez más pequeños, ocurrirá lo mismo… y acá es donde alguien nos podría interrumpir y decir que esto ya lo postuló el griego Demócrito hace casi 2500 años, y que el trozo de oro se podrá dividir hasta que se alcance el tamaño de un átomo, que es justamente la unidad elemental indivisible.

Y todo esto es verdad. Pero antes de llegar a ese punto ocurre algo interesantísimo. El oro de menos de 100 nanómetros ya no es dorado: sucesivamente va pasando por distintos colores conforme se reduce su tamaño. Hay oro nanoparticulado de color rojo, también lo hay de color verde, y azul.

Un problema de superficie

La clave para entender este fenómeno está en comparar cuántos átomos tiene en total un trozo de material y cuántos de ellos se encuentran en la superficie externa de ese trozo. A ver: imaginemos que sacamos un dado de un cubilete y queremos pintarlo de azul. Si el dado mide unos dos centímetros por lado, al terminar nuestra tarea habremos pintado de azul 6 caras completas, cada una de 2 cm x 2 cm. Si ahora con una sierrita cortásemos el dado por la mitad, aparecerían 2 caras nuevas, también de 2x2, que están sin pintar.

Los dos medios dados juntos pesarían lo mismo que el dado antes de ser cortado, pero ahora, evidentemente, habría mayor cantidad de moléculas expuestas en la superficie. Si las pintamos y luego volvemos a cortar los pedazos que obtuvimos, por cada corte que hagamos, nuevas moléculas que antes estaban en el interior del dado ahora estarán en la superficie y deberán ser pintadas. A medida que los pedazos del dado sean cortados en pedazos cada vez más pequeños, más moléculas van quedando expuestas en la superficie.

Al principio, la mayoría de las moléculas del dado estaban en su interior. Al dividirlo en una enorme cantidad de dados más chicos, cada vez más moléculas del interior pasaron a estar en contacto con el exterior. Cuando los pedazos del dado midan aproximadamente cien nanómetros de lado, se empezará a incrementar exponencialmente la cantidad de moléculas en la superficie.

En otras palabras, cuando llegamos a la nanoescala los pedazos de un material cualquiera son tan chicos, que ya contienen más moléculas en su superficie que en su interior. Y resulta que los átomos y moléculas ubicados en una superficie se comportan de modo diferente a los que se alojan en el interior de un material.

Cuando hay más átomos internos que externos en el lingote de oro, los efectos que prevalecen son los de los átomos del interior. Pero en la democracia de los nanomateriales, las mayorías se revierten como ya sabemos por debajo de los 100 nanómetros y entonces pasan a gobernar los átomos de superficie, que tienen otras propiedades ópticas y electrónicas. Y entonces el oro ya no es más dorado.

Los usos de los nanoobjetos

A tamaños más pequeños aún, empiezan a jugar un rol crucial muchos efectos cuánticos y de transferencia de energía que permiten que ciertos nanoobjetos emitan luz muy intensa, o bien calor.

En el ámbito biológico, los nanoobjetos pueden ingresar tanto a células que decidan capturarlos, como a otras donde se filtran sin pedir permiso, aprovechando su pequeñísimo tamaño. Además, pueden superar barreras biológicas impermeables para entidades más grandes, como puede ser, por ejemplo, una bacteria.

Todo esto los hace especialmente útiles a la hora de diseñar estrategias para acceder a un conjunto de células específico, para disminuir la toxicidad de un fármaco, o bien para aumentar su eficacia. Una verdadera revolución dentro de la farmacología y de la medicina.

Otras aplicaciones de los nanoobjetos tienen que ver con la informática y los circuitos, debido al enorme incremento de velocidad que puede lograrse para transmitir la información en la nanoescala y gracias a la excelente conductividad de los nanomateriales que no disipan energía en forma de calor. Los nanomateriales, como por ejemplo el grafeno, son cada vez más livianos y resistentes. Entre las propiedades fascinantes del grafeno están la de ser muy flexible pero a la vez más duro que el diamante.

El grafeno, un nanomaterial considerado por muchos revolucionario.

La cantidad de aplicaciones que ya están apareciendo y las que están por aparecer son innumerables, pero incluyen desde pantallas a la vez irrompibles y plegables, hasta pinturas que recolectan la energía del sol, pasando por reemplazos de partes dañadas de nuestro cuerpo que van mucho más allá que una prótesis convencional.

Richard Feynman, Premio Nobel, ya se la veía venir en 1959 y, para referirse a la posibilidad de trabajar en un futuro en la nanoescala manipulando la materia a nivel atómico y molecular, profetizaba, cual chofer vernáculo de transporte público: “Hay mucho lugar allá en el fondo”.

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