Nanotecnología

En 1959 el físico Richard Feynman, nos decía que "había un montón de espacio al fondo" y auguraba una gran cantidad de nuevos descubrimientos si se pudiera fabricar materiales de dimensiones atómicas o moleculares.

En los años 80, con la aparición de la Microscopía Túnel de Barrido (STM) o de Fuerza Atómica (AFM), se hizo posible primero observar los materiales a escala atómica y, después, manipular átomos individuales.

Con respecto a qué es la Nanotecnología, empecemos por aclarar el significado del prefijo “nano”: éste hace referencia a la milmillonésima parte de un metro. Es decir, pensemos que un átomo es la quinta parte de esa medida, es decir, cinco átomos puestos en línea suman un nanómetro. Llamemos nanotecnología a todo lo comprendido desde 5 a 50 ó 100 átomos.

Las razones fundamentales debemos verlas en que cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas.

Su impacto en la vida moderna aún parece una historia de ciencia ficción. Fármacos que trabajan a nivel atómico, microchips capaces de realizar complejos análisis genéticos, generación de fuentes de energía inagotables, construcción de edificios con nanobots, combates de plagas y contaminación a escala molecular, son sólo algunos de los campos de investigación que se desarrollan con el uso de la nanotecnología, conocimiento que permite manipular la materia a escala nanométrica, es decir, átomo por átomo.

Considerado por la comunidad científica internacional como uno de los más "innovadores y ambiciosos" proyectos de la ciencia moderna, la nanotecnología tiene su antecedente más remoto en un discurso pronunciado en diciembre de 1959 por el físico Richard Feynman, ganador del Premio Nobel, quien estableció las bases de un nuevo campo científico.

Vinculado a la investigación científica desarrollada por las principales instituciones públicas de educación superior, la nanotecnología fomenta un modelo de colaboración interdisciplinario en campos como la llamada nanomedicina -aplicación de técnicas que permitan el diseño de fármacos a nivel molecular-, la nanobiología y el desarrollo de microconductores.

Apenas una década

Hoy existen cerca de 3 mil productos generados con nanotecnología, la mayoría para usos industriales, aunque las investigaciones más avanzadas se registran en el campo de la medicina y la biología.

Hoy día, este campo científico está orientado a la ciencia molecular que hace posible diseñar microchips electrónicos capaces de identificar en sólo ocho minutos, al colocar una gota de sangre, las enfermedades que padeció la familia del paciente y a cuáles puede ser propenso, así como el diseño de modernos fármacos capaces de atacar el cáncer a nivel atómico sin causar daño a las células sanas.

Realidad o ciencia ficción

Sin embargo, a pesar de que se avanza continuamente en el diseño de nuevos medicamentos y técnicas con capacidad de manipular la materia átomo por átomo, no existen fechas precisas para que todos estos adelantos sean una realidad en la vida cotidiana de millones de personas, pues la ciencia, al igual que el arte, también tiene a la imaginación y la creatividad como motores.

Algunas de las investigaciones más recientes en la búsqueda de tratamientos alternativos contra el cáncer fueron difundidas por un grupo de investigadores estadounidenses. En ellas se usaron nanopartículas de oro para el tratamiento del mal, lo que representa un gran logro para el combate contra esta enfermedad, a pesar de que puedan transcurrir varios años antes de su aplicación en seres humanos.

Actualmente, muchos productos generados por la nanotecnología han sido aplicados a la vida cotidiana de millones de personas, como el uso de materiales más livianos y resistentes, catalizadores con nanopartículas de platino en los vehículos para hacer más eficiente el consumo de combustible, hasta tecnología de punta en el desarrollo de proyectos espaciales.

La nanotecnología y el conocimiento de los procesos biológicos, químicos y físicos a nivel molecular, se convertirán en una de las revoluciones científicas más importantes para la humanidad, la cual debe ser difundida e incorporada en la sociedad con una amplia participación y apoyo por parte del Estado y la iniciativa privada.

La "excelente" calidad de las investigaciones desarrolladas por especialistas requiere de mayor impulso financiero que garantice el futuro de importantes proyectos y de un cambio en la cultura científica que permita que la mayoría de la población conozca el potencial de un nuevo campo científico que puede cambiar el futuro de la humanidad.

El principal reto será incorporar la nanotecnología como un nuevo campo multidisciplinario vinculado estrechamente a la sociedad, tanto por sus aplicaciones como por su potencialidad para resolver los problemas más urgentes, como el acceso a recursos energéticos, agua o alimentos.

A ello se suma la falta de interés de importantes sectores de la iniciativa privada que pueden participar en el desarrollo de una tecnología moderna y eficiente que repercutirá tanto en la calidad de vida de las personas como en el consumo de diversos artículos.

Sin un programa de divulgación que informe a la sociedad y al sector industrial de los avances que puede generar la nanotecnología, se agudizará el rezago científico en el que se ubican muchos de los países en desarrollo, a pesar de tener un cuerpo científico altamente capacitado, pero sin recursos ni difusión.

La Nanociencia es un área emergente de la ciencia que se ocupa del estudio de los materiales de muy pequeñas dimensiones.

El significado de la "nano" es una dimensión: 10 elevado a -9.

  • Esto es: 1 nanometro = 0,000000001 metros.
  • Es decir, un nanometro es la mil millonésima parte de un metro, o millonésima parte de un milímetro.
  • También: 1 milímetro = 1.000.000 nanometros.

Una definición de nanociencia es aquella que se ocupa del estudio de los objetos cuyo tamaño es desde cientos a décimas de nanometros.

Hay varias razones por las que la Nanociencia se ha convertido en un importante campo científico con entidad propia. Una es la disponibilidad de nuevos instrumentos capaces de "ver" y "tocar" a esta escala dimensional. A principios de los ochenta fue inventado en Suiza (IBM-Zurich) uno de los microscopios capaz de "ver" átomos. Unos pocos años más tarde el Atomic Force Microscopefue inventado incrementando las capacidades y tipos de materiales que podían ser investigados...

En respuesta a estas nuevas posibilidades los científicos han tomado conciencia de potencial futuro de la actividad investigadora en estos campos. La mayor parte de los países han institucionalizado iniciativas para promover la nanociencia y la nanotecnología, en sus universidades y laboratorios.

Nanotecnología IV

Los lentes de contacto tenían un item pendiente a la hora de la proteger los ojos. La protección de los rayos ultravioleta.


Investigadores del Instituto de Bioingeniería y Nanotecnología (IBN) de Singapur han desarrollado unas lentes que se oscurecen al ser expuestas a la luz ultravioleta, protegiendo a los ojos contra los dañinos rayos, y que vuelven a su estado normal en ausencia de esta luz.

Este efecto se ha conseguido por primera vez en lentes de contacto gracias a un nuevo tipo de polímero enlazado con una intrincada red de túneles a nanoescala, que se rellenan con tinte.

Las pruebas realizadas han demostrado que esta tecnología permite que el proceso provocado por la luz se produzca a mayor velocidad en las lentes de contacto que en las gafas de sol disponibles actualmente en el mercado.

Nanotecnología III

Un nuevo dispositivo está desarrollando el equipo de Heather A. Clark de los laboratorios Draper de Massachusetts. Se trata de una tinta compuesta por nanopartículas capaces de cambiar de color en función de la concentración de glucosa de su entorno.


Esta tinta se introduciría en la piel de forma similar a un tatuaje y podría usarse en enfermos de diabetes, lo que les permitiría controlar su nivel de glucosa simplemente mirando el color de su tatuaje. Actualmente la medida del nivel de glucosa requiere del análisis de una gota de sangre extraída, por ejemplo, de un pinchazo en el dedo, con la consiguiente molestia que ello produce.

El tatuaje con nanosensores eliminaría la necesidad de realizar el pinchazo en cada medida, aunque sería necesario renovarlo cada cierto tiempo.


De momento los resultados parecen prometedores. Se ha conseguido una tinta que cambia de un color violeta en ausencia de glucosa a amarillo cuando la concentración es alta. Para un nivel adecuado de glucosa el tono se torna anaranjado. Sin embargo, aún faltan ciertas cuestiones por responder, como, por ejemplo, si el nivel de glucosa en la piel es realmente indicativo de su nivel en sangre, o si bien presenta un retardo; o que las nanopartículas no provoquen ningún tipo de respuesta inmune en seres humanos, que alteraría significativamente el nivel de glucosa en sus alrededores, falseando la medida

Nanotecnología II

Investigadores de la Universidad de Purdue, en EE. UU., han hallado una forma de reparar –o al menos limitar– el daño que causa una lesión en la espina dorsal.


Esas lesiones consisten en una compresión –y a veces en una ruptura– de los nervios que corren del cerebro a lo largo de toda la columna y que transmiten los impulsos eléctricos que permiten, entre otras cosas, que nos movamos. Usualmente, esos daños dejan parapléjica a una persona .


La estrategia del equipo liderado por Ji-Xin Cheng, probada con éxito en ratas de laboratorio, consiste en utilizar unas diminutas esferas –unas cien veces más pequeñas que un glóbulo rojo– hechas a base de dos polímeros para “sellar” el axón (los extremos del nervio) dañado.

Al sellar el axón en los primeros minutos tras el accidente, no solo se revierte este, sino que se le pone un alto a una serie de reacciones en cadena que realiza el cuerpo cuando ocurre el rompimiento de un nervio, como es la inflamación, que acaban dañándolo por completo y dejándolo inservible.

El uso de polímeros para sellar los axones no es una estrategia nueva, pero el mecanismo de entrega de estos y su éxito sí lo es, tal como señala el reporte publicado ayer en Nature Nanotechnology .


La novedad está en que esas nanoesferas (o micelas sintéticas) están hechas de dos polímeros: uno hidrofóbico (que no se mezcla con el agua) y otro hidrofílico (que sí se mezcla con el agua).

Al poner, en el núcleo de la esfera, el material hidrofílico y recubrirlo con el hidrofóbico, la duración de los polímeros dentro del torrente sanguíneo del animal se prolonga, lo cual permite que llegue al sitio de la lesión antes de que diferentes agentes del cuerpo los destruyan y desechen.

Eso es más efectivo que el polímero inyectado directamente al animal, compuesto que solo permanece activo en el sistema unos 10 minutos.


Los resultados de la investigación de Cheng lo comprueban. Mientras que el polímero inyectado directamente logró reparar el 18% de la lesión en los axones de las ratas, el tratamiento con las nanoesferas reparó un 60% del daño y otorgó, a esos animales, el control sobre sus cuatro patas.


Aunque este es tan solo un estudio piloto en animales, estas diminutas esferas abren esperanzas de poder, en un futuro, limitar los daños ocasionados por una lesión en la espina dorsal.

Los Microorganismos

Virus


Los virus son un grupo aparte, debido a que muchos investigadores consideran que no son seres vivos. Son los microorganismos más pequeños y simples, formados de material genético envuelto en una cápsula de proteína. Nadie sabe por cuánto tiempo han existido en la Tierra o cómo evolucionaron. Se reproducen inyectando sus genes a una célula huésped, para producir cientos de nuevos virus.


Son patógenos para diferentes especies vivientes, desde bacaterias (bacteriófagos), hasta plantas y animales, incluidos los seres humanos. Muchos de ellos pueden mantenerse sin alteraciones en diversos ambientes, como aire, agua y suelo. Para observarlos se requiere un microscopio electrónico.



Las bacterias


Son más grandes que los virus. Fueron los primeros organismos que

habitaron nuestro planeta, hace casi 3.5 millones de años. Cada bacteria es una sola célula procarionte, es decir, la célula más sencilla que carece de núcleo y estructuras especializadas como las mitocondrias. Producen su

alimento, ya sea por procesos químicos o alimentándose de sus huéspedes o materia muerta.


La mayoría son de vida libre, aunque algunas pueden invadir tejidos y enfermar, o vivir en simbiosis, es decir, de manera asociada con otro organismo de distinta especie, recibiendo mutuo beneficio.




Los protozoarios


Son un grupo de organismos unicelulares parecidos a las bacterias, pero 1000 veces más grandes. Los protistas surgieron después de las bacterias, hace casi 1 800 millones de años. Están compuestos por una célula eucarionte, más grande y compleja que la célula de las bacterias y con un núcleo bien definido. Entre ellos podemos encontrar a las algas, amibas y a los paramecios.


Los hongos


Microscópicos tienen en general más de una célula. Se alimentan de la materia orgánica del medio y no tienen manera de desplazarse. Por ello no pueden clasificarse entre las plantas que producen sus propios alimentos, ni entre los animales que pueden moverse. Algunos hongos microscópicos son la levadura, el moho negro del pan y el causante del pie de atleta.