La Nanotecnología es evidentemente el gran desafío tecnológico del Siglo XXI. Al construir y manipular materiales de tamaño nanométrico (un nanometro es una millonésima de milímetro), surgen nuevas propiedades que no solamente dependen de la estructura del material, sino también de su tamaño y forma.

Cuando se habla de este “nanomundo”, en el que las fuerzas y las propiedades de los objetos nos resultan extrañas, se suele escuchar expresiones tales como “el mundo de lo más pequeño”, o “ciencia en pequeña escala”. Surge el asombro ante una escala de tamaños inusual para nuestra vida cotidiana. Para la mayoría de nosotros, la nanotecnología remite a la pequeñez, y para llega a dominar la materia en esta escala imaginamos un viaje “desde arriba hacia abajo”. Acuden a nuestra mente los grandes progresos de la miniaturización, el mundo de la electrónica moderna, en el que todo tiende a ser cada vez más pequeño. De hecho, en algún momento de 2010 se lanzarán los chips de nueva generación “32 nm”, cuyos circuitos están precisamente dibujados en silicio por medio de las técnicas usadas por la industria electrónica. Un nanometro es “algo muy chico”, pareciera…

Pero un nanometro es más o menos el tamaño de diez átomos puestos lado a lado. Para un químico, un físico o un biólogo molecular, es una escala bastante grande. Y estos científicos, acostumbrados a las distancias y a las fuerzas del mundo microscópico, construyen nanomateriales y sistemas cada vez más complejos ensamblando con precisión átomo por átomo. Por ejemplo, en los últimos diez a quince años, se ha desarrollado una impresionante cantidad de métodos de fabricación de nanopartículas de todas clases, formas, tamaños y colores, de nuevos polímeros nanoestructurados y hasta de biomoléculas programadas. En nanotecnología, entonces, los objetos también se construyen “desde abajo hacia arriba”.

Los métodos de producción de estos nano-objetos, cuyo tamaño está a mitad de camino entre las moléculas y los materiales de uso diario, son muy variados. De hecho, muchos nanomateriales se producen industrialmente mediante métodos “de abajo para arriba”, y cada año entran más nano-productos derivados en el mercado, como puede apreciarse en el sitio especializado “The Project on Emerging Nanotechnologies” (www.nanotechproject.com/inventories/consumer). Por ejemplo, en los catalizadores que se encuentran en los caños de escape de los autos, se usan nanopartículas metálicas para optimizar la destrucción de gases contaminantes como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y especies carbonosas. También usan nanopartículas de óxido de silicio combinadas con polímeros como material de refuerzo de neumáticos, en pinturas antirrayado y hasta en la raqueta de Del Potro. Pequeñísimas nanopartículas de dióxido de titanio, invisibles, se usan para recubrir ventanas y conferirles propiedades autolimpiantes, o para remediar aguas contaminadas. Las nanopartículas de plata se utilizan como bactericidas. Nano-objetos orgánicos o biológicos como enzimas, membranas, ADN y otros pueden integrarse en vidrios, recubrimientos y productos farmacéuticos avanzados para crear nuevos métodos de detección, diagnóstico y tratamiento de enfermedades.

Para diseñar y generar estos nanomateriales de manera útil y económicamente viable, es necesario un gran esfuerzo coordinado de científicos y tecnólogos de una variedad de disciplinas, que van desde la física, la química y la ciencia de materiales hasta las ingenierías de procesos y la electrónica. Es necesario comprender los procesos básicos que llevan a producir los materiales, saber cómo procesarlos y escalarlos para una aplicación dada. Y además conocer sus riesgos y limitaciones. Todo esto implica un trabajo interdisciplinario, que necesita de una gran cantidad de recursos humanos formados en todas las áreas de competencia de las ciencias, las ingenierías, pero también una visión crítica de la inserción de la nanotecnología en la sociedad, y de las reales posibilidades para poder aprovechar de manera imaginativa y realista las puertas que se abren.

En la Argentina, en los últimos años se viene realizando un esfuerzo sostenido desde los laboratorios y desde el Estado que ha facilitado el progreso en este campo. De hecho, la Nanotecnología ha sido designada área prioritaria por el MINCyT. En el país existen varios grupos de investigación que producen materiales por métodos químicos, “desde abajo”.

En el Grupo de Química de Nanomateriales (Gerencia de Química, CNEA) desarrollamos métodos de síntesis de nanopartículas con aplicaciones en medio ambiente (detoxificación ambiental) y energía (celdas solares y celdas de combustible). Somos capaces de combinar nanomateriales inorgánicos (óxidos, sulfuros) con grupos orgánicos simples o tan complejos como micelas, enzimas o ADN. Esta combinación de materia orgánica e inorgánica en la nanoescala permite crear dispositivos tan novedosos como membranas nanoporosas que detectan o filtran moléculas selectivamente, esponjas que reciclan iones pesados o radionucleídos, o vidrios que permiten catalizar una reacción biológica: ¡incluso replicar ADN! El hecho de conocer los complejos fenómenos físicos y químicos que tienen lugar durante los procesos de síntesis de estos materiales permite controlar con precisión sus propiedades, e incluso llegar al diseño específico de un material para una necesidad determinada: un catalizador más activo y más específico, un sensor más preciso y rápido, un recubrimiento de prótesis más biocompatible son ejemplos de los sistemas a los que se apunta.

Ejemplos de materiales producidos en el Grupo de Química de Nanomateriales, GQ, CNEA. De izquierda a derecha: nanopartículas de óxido de cobre usadas como catalizadores, membrana nanoporosa de dióxido de titanio con poros de 4 nm de diámetro; superficie específica: 250 m2/g; cristal fotónico multicapa, compuesto por películas nanoporosas alternadas de óxidos de titanio y silicio mesoporosos. La alternancia de índices de refracción genera un cristal fotónico unidimensional, cuyo color cambia según el ambiente en el que se encuentre (Patente Española P200602405; foto: H. Troiani, CAB, CNEA). Esferas huecas nanoporosas de ZnS, de 100 nm de diámetro, con posible uso como transportadores de enzimas y nanopartículas.

Algunas de estas investigaciones están en etapa de aplicación, e incluso ya existen algunas empresas argentinas que desarrollan nanotecnología basada en métodos químicos. Estas empresas están en permanente contacto con universidades y centros de investigación como el INTI o la CNEA, con quienes realizan proyectos conjuntos. Por ejemplo, Nanotek SA, situada en Santa Fe, ha desarrollado suspensiones de nanopartículas metálicas con propiedades detoxificantes, y pinturas antimicrobiales. Esta empresa y otras como INVAP y Darmex colaboran en el desarrollo de nanomateriales con el Centro Interdisciplinario de Nanociencia y Nanotecnología (CINN), un conglomerado de laboratorios perteneciente a la CNEA y las Universidades de Buenos Aires y de La Plata. Esta simbiosis entre laboratorios industriales y universidades es necesaria para un desarrollo exitoso en la compleja secuencia que va desde el diseño y concepto detrás del nanomaterial, hasta su aplicación práctica, pasando por la evaluación de sus riesgos. En el medio, la formación de recursos humanos de alta calificación, en las áreas de ciencias e ingeniería, es un valor agregado para nuevos desarrollos.

Una observación de las tendencias generales en nanotecnologías realizada por LUX Technologies nos muestra que los nanomateriales ya intervienen en la cadena de valor de diversos productos, que mostraron un nivel de ventas del orden de miles de millones de dólares en el período 2004-2007. La nanotecnología está sin duda entre nosotros. Mayormente, se trata de productos en los cuales los nanomateriales utilizados mejoran la performance de productos ya existentes, un enfoque relativamente conservador. Es decir, gran parte de los nanomateriales exitosos aportan una evolución sobre tecnologías ya existentes (como los materiales nanocompósitos, evolución de los materiales compuestos), antes que la aparición de nuevas nanotecnologías de ruptura. La crisis financiera del año 2008 ha hecho que durante 2009 la financiación de nuevas empresas de base nanotecnológica y mayor riesgo haya disminuido, por lo que la aparición de nuevos productos revolucionarios, que aprovechen el potencial de este conjunto de tecnologías, parece haberse estancado momentáneamente.

Sin embargo, en el campo de la investigación básica e incluso aplicada, basta con revisar las publicaciones especializadas; la vitalidad de la nanotecnología se ve reflejada en el crecimiento de la cantidad y originalidad de los nuevos hallazgos. Esta profusión de descubrimientos apasionantes es la que garantizará que, en el futuro, se puedan desarrollar y explotar completamente los aspectos de la nanotecnología. Además, es en esta década en la que se manifiesta una convergencia entre los métodos de producción de nanomateriales: “desde arriba” y “desde abajo”. Esta coincidencia de enfoques nos permitirá diseñar los nanosistemas del futuro, en los que será necesario no solamente preparar el nanomaterial con las propiedades adecuadas, sino también organizarlo en el espacio en diversas escalas de longitud, y proveerlo de una “interfaz” con el ser humano que quiera explotar sus propiedades.

Todas estas estrategias ya han sido bien desarrolladas por la Naturaleza, que presenta sistemas ensamblados por piezas en diferentes escalas de longitud, desde la molecular hasta la macroscópica. De hecho, nuestros sistemas sensoriales, nuestros huesos y tejidos son ensamblados de bloques de construcción, muchas veces nanométricos. Los cristalitos de hidroxiapatita de algunos nanometros de diámetro que forman los ladrillos fundamentales de nuestros tejidos óseos son un ejemplo, así como las diminutas laminillas de carbonato de calcio que forman el nácar, o el sistema fotosintético. Del interés del estudio de estos procesos, en los que el ensamblado de bloques de construcción moleculares, supramoleculares, nanoscópicos y macroscópicos da lugar a las complejas estructuras vivientes surge la escuela llamada “biomimetismo”, una búsqueda de comprender y eventualmente imitar los mecanismos que usa la Naturaleza para explotar y expresar las propiedades de la materia en todas las escalas. Esta es la frontera hacia la cual la revolución del nanomundo debería dirigirse.