martes, 23 de agosto de 2016

Nanocosas #Scientia #noticias


Si hay una disciplina científica que ha revolucionado la investigación y el desarrollo en los últimos años es la nanotecnología. Nanociencias, nanocompuestos, nanofibras, nanoalimentación, nanotubos, nanomateriales, nanoenvases, nanoencapsulación… el término "nano" está de moda. Sin embargo, tal y como les conté en este post, a los ciudadanos de la Unión Europea esto de la nanotecnología les suena a chino… y esto no es una buena señal. Hablemos de nanotecnología.

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Para conocer el origen de la nanotecnología hay que remontarse al 29 de diciembre de 1959. Ese día Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965, asombró a los presentes con su extraordinario discurso "There's Plenty of Room at the Bottom" en el Caltech de California. Sin embargo, no fue hasta mediados de los 70 cuando Norio Taniguchi empleó por primera vez el término "nanotecnología" para describir la producción tecnológica en dimensiones ultrafinas. Actualmente, y según la National Nanotechnology Initiative (organismo de referencia internacional en la materia) la Nanotecnología se define como el "conocimiento y el control de la materia en dimensiones de aproximadamente entre 1 y 100 nanómetros".

Imaginarse a qué equivale un nanómetro no es nada fácil así que voy a ponerles un ejemplo para que se hagan una idea. Dejen la lectura de este post y midan el tamaño de la uña de su dedo. Vuelva a hacerlo dentro de exactamente 10 días y calculen la diferencia entre las dos medidas. Posteriormente divida el valor obtenido por el número de segundos que hay en 10 días….¡¡acaba de medir un nanómetro!! ¿Por qué? Pues porque está establecido que un nanómetro es, aproximadamente, lo que crece una uña en un segundo. En este vídeo, del que tuve conocimiento gracias a Antonio Martínez Ron, se explica perfectamente.

La nanotecnología está abriendo una nueva revolución industrial porque nos permite cambiar las propiedades intrínsecas de los materiales. La Unión Europea lo tiene claro: la nanotecnología es una de las seis líneas clave que la UE pone sobre la mesa para mantener su competitividad industrial. Uno de sus valores añadidos es que su uso no está restringido a un área concreta y puede ser aplicada a diferentes campos científicos como la física, la química, la medicina, la alimentación, la farmacología, las comunicaciones, la biotecnología, el medioambiente y muchas otras. Eso sí, hay que dejar claro que la nanotecnología no tiene su fundamento en hacer "cosas más pequeñas" sino en hacer "cosas diferentes". Veamos dónde reside esa diferencia.

La dos propiedades principales de las nanopartículas son sus dimensiones ultrafinas y su mayor área superficial. Estas propiedades le confieren a los nanoproductos un sinfín de potenciales aplicaciones comparadas con las que tienen las estructuras convencionales de mayor tamaño. Esto provoca que el comportamiento de las nanoparticulas sea totalmente diferente. El uso de nanopartículas de elementos químicos como el hierro, la plata, el iridio, el platino y el zinc permite, gracias a su pequeño tamaño, alcanzar con mayor rapidez y efectividad partes del organismo humano que son inaccesibles a estructuras de mayor tamaño.

A continuación les muestro algunos de los campos donde la nanotecnología está ejerciendo (o ejercerá) un papel fundamental gracias a compuestos químicos como el grafeno, el siliceno o el fullereno.

La electrónica es una de las grandes beneficiadas de la nanotecnología. La aparición de circuitos con nanotubos de carbono, semiconductores, cables cuánticos, etc. ha supuesto una verdadera revolución. Por otra parte las tecnologías de la comunicación han sufrido un gran avance con la presencia de nuevas tecnologías de visualización a base de plásticos flexibles, nanochips, sistemas de almacenamiento de datos de muy alta densidad de registro, semiconductores, etc. También el medioambiente ha sido beneficiado por la nanotecnología con el desarrollo de energías, materiales y procesos no contaminantes, depuración y desalinización del agua, prevención de la erosión del suelo, reducción de la extracción de minerales, detoxificación de los suelos,  detección de gases tóxicos, etc. En la industria textil la presencia de la nanotecnología es evidente. Nuevos tejidos "inteligentes", autolimpiables, antiolores, antimanchas, eliminación de contaminantes o alérgenos, etc. son algunos ejemplos.

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Dos grandes áreas beneficiada por esta nueva tecnología son la medicina y la farmacia. Gracias a la nanotecnología se están logrando mejoras en la compatibilidad de implantes, nanosistemas para la administración localizada y gradual de fármacos, desarrollo de técnicas de diagnóstico, detección y análisis basadas en nanochips, eliminación de microorganismos patógenos, desarrollo de células artificiales, desarrollo de nanomateriales para la ingeniería tisular y la terapia génica y celular, etc. Los nanomateriales también están presentes en el deporte: bicicletas con nanotubos de carbono, raquetas de tenis reforzadas con estos nanotubos, etc.

La exploración espacial no se ha quedado fuera de las nuevas aplicaciones de la nanotecnología. Nanotubos de carbono para cables y estudios cartográficos, robots, naves y ascensores espaciales, tejidos autorreparables, etc. son algunas de las aplicaciones en este campo. También el sector energético se ha visto claramente favorecido por la nanotecnología gracias a sus aplicaciones en la mejora del almacenamiento y producción de energía, al desarrollo de energías alternativas y limpias, la aparición de nuevos dispositivos de ahorro energético, etc.

Dos de los campos donde la "tecnología de lo nano" se encuentra muy presente es en la construcción y la arquitectura. Nanomateriales más ligeros y resistentes, pinturas especiales, vidrios que repelen la humedad, el polvo y la suciedad, hormigones "inteligentes", materiales autorreparables, superficies antihumedad y antipintadas, etc. son ejemplos. También la agricultura y la ganadería se han visto beneficiadas por la aparición de la nanotecnología. Mejoras en la producción, nanochips para la identificación animal, nanopartículas para la administración de fármacos o vacunas o detección de enfermedades mediante nanosistemas son algunas de las aplicaciones de lo "nano" en estas áreas

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Debido a que es un campo de gran interés en el siglo XXI por las continuas alarmas alimenticias, dedicaré un apartado especial a las aplicaciones de la nanotecnología en el área de la seguridad alimentaria.

Para retrasar el deterioro de los alimentos se están investigando nanopartículas orgánicas e inorgánicas, nanoarcillas, nanofibras y otros nanocompuestos de muy diversa índole con capacidades antibacteriana y antifúngica. Entre estas nanopartículas destacan las nanopartículas de plata (utilizadas para inhibir, hasta en un 90 %, el crecimiento de microorganismos en los alimentos); nanopartículas de dióxido de titanio (actúan como agentes antimicrobianos y se utilizan, principalmente, en los sistemas de filtración de frigoríficos y aspiradoras para capturar y eliminar olores); nanopartículas de aluminio (se usan esencialmente en los envases flexibles para alimentos, debido a su propiedad barrera frente a la humedad o frente a gases como el dióxido de carbono o el oxígeno y las nanopartículas de óxido de zinc (se caracterizan por sus propiedades antibacterianas y su estabilidad física, que les confieren una serie de ventajas frente a otros materiales utilizados, puesto que no requieren luz ultravioleta para su activación y no se decoloran con el transcurso del tiempo.

La nanotecnología es muy importante en el envasado de alimentos. Se emplean nanosensores, un tipo de nanodispositivos que están revolucionando el mundo de los envases inteligentes. Este tipo de envases proporcionan información al consumidor acerca de las reacciones que están ocurriendo en el interior del envase y que se traducen en cambios en la calidad del producto. Los envases inteligentes tienen dentro de su estructura una serie de dispositivos de dimensiones nanométricas capaces de detectar rápidamente cualquier cambio en el alimento envasado y trasmitir inmediatamente al consumidor el efecto positivo o negativo de dichos cambios. Les pondré un ejemplo.

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Envase inteligente

Todos nosotros tenemos en nuestras casas algún tipo de latas de conservas. La mayoría de ellas presenta una fecha de consumo preferente bastante larga por lo que no solemos preocuparnos de tener que consumirla a los pocos días de comprarla. Sin embargo, es posible que un día tengamos un pequeño accidente doméstico y la lata sufra un golpe. Muchos de estos golpes provocan daños imperceptibles para el ojo humano pero lo suficientemente importantes para que el envase se deteriore. En ese momento pueden crecer en el interior de la lata peligrosos patógenos para la salud humana como Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, etc. ¿Y qué tiene que ver la nanotecnología en todo esto? Mucho. Si colocamos un nanosensor en el interior del envase puede detectar la presencia de estos microorganismos. Al entrar en contacto con el patógeno las nanopartículas emiten una señal externa de naturaleza fluorescente que llama la atención del consumidor alertándole de forma rápida de que el alimento se encuentra en mal estado. De esta forma se prevén muchas crisis alimentarias.

Una pregunta que se hace mucha gente es si los nanomateriales son seguros. A pesar de que la mayoría de los nanomateriales no son más peligrosos que sus equivalentes "macro", hay que distinguir dos casos. Por un lado tenemos aquellos nanomateriales adheridos a otros compuestos. En este caso el riesgo depende de la naturaleza de la nanopartícula adherida pero no de su tamaño. Un elemento químico que presente toxicidad es igual de peligroso esté nanoestructurado o no. Por otra parte sí que es cierto que las nanoparticulas dispersas en el aire pueden resultar más peligrosas al ser inhaladas ya que tienen capacidad de llegar a partes del organismo que no alcanzan estructuras de mayor tamaño. En este segundo casa hace falta mucha más investigación acerca de la seguridad de las nanopartículas.

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Estimados lectores, no se le pueden poner vallas al campo. Países como EE.UU. China, Japón, Rusia, Taiwán han apostado fuerte por lo "nano" y tanto sus gobiernos como sus empresas están invirtiendo considerablemente en el desarrollo de la nanotecnología para aplicaciones industriales. Sin embargo, en España el número de empresas que realizan investigación en nanotecnología no llega al centenar… y no nos podemos quedar atrás. El sistema español de I+D+i está obligado a converger con el europeo y con el del resto del primer mundo o nos quedaremos de nuevo atrás en la carrera del conocimiento científico y el desarrollo empresarial.

Jose

Bibliografía empleada:

  • Nanotecnología: la revolución industrial del siglo XXI. En Madri+d: Seguridad Alimentaria y Alimentación. http://www.madrimasd.org/blogs/alimentacion/2006/08/16/37553
  • Nanotecnología alimentaria: cuando lo pequeño es mucho más. Revista Naukas #3. José Manuel López Nicolás
  • http://www.losavancesdelaquimica.com/blog/tag/nanotecnologia/