¿Estamos creando o redescubriendo la Nanotecnología?

Por: Kateryne Ccama Mamani

 

Agosto 1, 2020

No hace mucho tiempo atrás, durante una clase de nanotecnología ambiental, se cuestionó si la nanotecnología era producto de la creación del hombre o si en realidad esta era obra de la naturaleza y simplemente estamos descubriéndola. En un comienzo, la respuesta fue que se estaba redescubriéndola, puesto que los nanomateriales han existido desde siempre, pero a raíz de esa experiencia, seguían surgiendo más dudas, ¿Cuándo en realidad comenzó la nanotecnología? ¿qué acontecimientos están detrás de ello? Existen diversas posturas acerca de este tema y estos serán desarrollados a lo largo del artículo.

Antes de concentrarnos específicamente en el tema, es necesario tener una idea previa acerca de lo que es la nanotecnología, y según la Iniciativa Nacional de Nanotecnología de los Estados Unidos (NNI por sus siglas en inglés), esta es definida como “el entendimiento y control de la materia a nanoescala, con dimensiones entre 1 a 100 nm”, siendo este el rango donde fenómenos únicos aparecerán y darán lugar a nuevas aplicaciones en diversos campos, desde la química, física, biología, hasta la medicina, ingeniería y electrónica(1).

A raíz de la revolución industrial del siglo XVIII, hubo un crecimiento en el desarrollo de la investigación científica y en la creación de nuevos materiales, siendo hoy en día, de gran interés la reducción del tamaño de dispositivos debido a los beneficios que estos ofrecen, como es el consumo energético y rendimiento (2); y debido a que la nanotecnología permite plasmar la teoría de la nanociencia en aplicaciones de gran utilidad, esta viene siendo considerada como una de las tecnologías más prometedoras del siglo XXI, captando el interés de científicos de todas las áreas a nivel mundial.

Para introducirnos un poco más en el nanomundo, imaginemos que tan pequeña es una nanopartícula, para ello tomemos como ejemplo a uno de nuestros cabellos, este tiene un espesor de 60000 nanómetros, además, la doble hélice de nuestro ADN tiene un radio 1nm (3), con estos ejemplos ya podemos tener una idea mas clara de la escala a la que se trabaja a nivel nano.

Fig.1. El tamaño de algunas objetos pequeños en nanómetros.(4)

Muchos consideran el comienzo de la nanotecnología el 29 de diciembre de 1959, día que Richard Feynman, padre de la nanotecnología, dio su discurso durante una reunión anual de la Sociedad Americana de Física en el Instituto Tecnológico de California (CALTECH). Durante su discurso titulado: “Hay mucho espacio en el fondo”, hizo especulaciones sobre por qué no podíamos escribir los 24 volúmenes enteros de la enciclopedia británica en la cabeza de un alfiler, también describió su visión de crear máquinas más pequeñas hasta un nivel molecular, tecnología que hasta ese año no se había logrado. Todas estas presunciones hicieron que científicos de diversas áreas emprendan investigaciones para demostrar que lo que Feynman había dicho era una realidad alcanzable. A raíz de ello, los primeros resultados se fueron observando entre los años 70 y 80, por ejemplo, Taniguchi en 1974 acuña el término nanotecnología, Harold Kroto presenta al fullereno (forma de carbono) en 1985, Heinrich Rohrer y su invento del microscopio de efecto túnel en 1986, y muchos otros avances más. (2)

Lo mencionado anteriormente está relacionado al momento en que la comunidad científica se dio cuenta, a través de sus investigaciones, de la capacidad de poder manipular la materia a escalas muy pequeñas, sin embargo, existen estudios que indican que los nanomateriales han existido desde mucho antes en la naturaleza. En el artículo publicado por Hochella (5), se indica que la naturaleza ha estado jugando estos trucos por billones de años, en este caso se presentan dos puntos de vista: primero, que los nanomateriales vienen a ser estructuras que ya han sido diseñadas en la naturaleza; y segundo, que estos han sido resultado de la fabricación hecha por el hombre, entonces, ¿Qué tan antigua es la nanotecnología?

La gran variedad de nanomateriales que existen y que a su vez se encuentran distribuidos a lo largo del sistema terrestre y fuera de ella, indican que la vida ha ido evolucionando en presencia de nanomateriales orgánicos e inorgánicos. Como se indicó anteriormente, el fullereno se descubre en 1985 a través de una vaporización laser de carbono (6), posterior a aquel suceso, se han encontrado fullerenos naturales e «incidentales» en todo, desde el hollín hasta el espacio profundo (5).

Nuestra galaxia viene a ser una de las 100 billones que existen, y solo alrededor de la Tierra se estimó que los procesos biogeoquímicos producen miles de teragramos (1 Tg= 1000000 toneladas) de una gran variedad de nanomateriales entre orgánicos, inorgánicos y mixtos; mientras que la producción de nanomateriales hechos por el hombre se encuentra en el rango de los cientos a miles de teragramos, aproximadamente 5 a 6 veces menos de lo que se obtiene en la naturaleza(5). En ella, las nanopartículas (NPs) se forman en la atmósfera, hidrósfera, litósfera y biósfera, siendo las más comunes las NPs de metales como el oro (Au), hierro (Fe) y plata (Ag); óxidos de metales (Al2O3, MnO2, SiO2), y sulfuros metálicos (FeS2) (7). Toda esta información la estudia la nanobiogeociencia, y es necesario que esta área de estudio se desarrolle y madure, de esta forma se tendrá mayor conocimiento de la real extensión de los nanomateriales.

Entre otros ejemplos de nanomateriales naturales se puede mencionar a la hoja de loto. Esta planta tiene la capacidad de mantenerse limpia por sí misma, y esto se debe a que en la superficie de sus hojas existe una capa molecular hidrofóbica que está constituida de pelos de tamaño nanométrico. Sobre esta capa, pequeñas gotas de agua caen y resbalan, arrastrando con ellas partículas de polvo, de esta forma, la hoja de loto logra autolimpiarse. También se tiene al Gecko, este pequeño animalito tiene la capacidad de caminar sobre las paredes y correr sobre los techos gracias a que en sus patas tienen crestas que contienen miles de proyecciones llamadas espátulas con 200 nm de tamaño (2), gracias a esas estructuras, el Gecko tiene una elevada área superficial en las patas permitiéndole mantenerse adherido a las superficies sin problema alguno. Los alofanos y el ópalo, son ejemplos de minerales que se encuentran naturalmente nanoestructurados.

Por otro lado, debemos considerar otro término, los ENM (Nanomateriales de Ingeniería o manufacturados). Se decía que los nanomateriales no eran nuevos, y que sus propiedades eran obra de la naturaleza, pero ahora tomemos en cuenta a los científicos e ingenieros de materiales. Comparemos una pradera natural con un jardín que tiene aspecto similar al de la pradera, en este último, el hombre replica varios elementos, pero resaltará las características que crea más importantes o convenientes. Por lo tanto, los materiales manufacturados se diferenciarán de los naturales en sus propiedades, las cuales van a variar en el grado de orden, pureza, etc., propiedades que no suelen tener los que se encuentran en la naturaleza (5). De esta forma se puede apreciar la capacidad y habilidad de los ingenieros/científicos para fabricar y controlar materiales a escala nano.

Los nanomateriales naturales son de interés, no solo para entender las grandiosas propiedades de los materiales biológicos, sino también para reunir inspiración para diseñar y fabricar nuevos materiales con propiedades avanzadas (nanotecnología biomimética) (2). Se dice que, si en la naturaleza existieran nanomateriales similares a los ENM de interés, los científicos aprovecharían estas ventajas estructurales que les otorga la naturaleza, y podrían escalarlo como materiales manufacturados. Con esto habría menos probabilidad de poder observar efectos en el medio ambiente y en la salud a causa de los nanomateriales, ya que al ser “copias” de lo que se encuentra ya de manera natural, no estarían afectando el equilibrio ecosistémico.

Para finalizar, los nanomateriales han existido desde hace billones de años, y la naturaleza por si sola nos ha provisto de ellos en una gran cantidad y de toda variedad, pero gracias al desarrollo de equipos de microscopía y al ingenio de los científicos, se pudo descubrir la existencia de estas estructuras y esto llevó a conocer más acerca de sus propiedades, logrando así crear nuevos nanomateriales con aplicaciones específicas y con niveles altos de pureza, orden y escalabilidad. Actualmente se están realizando grandes avances en esta rama de la ciencia, pero, así como los científicos e ingenieros buscan la repotenciación de las propiedades de los materiales manufacturados, al mismo tiempo ha de buscarse sus similares creados en la naturaleza, pues esto daría paso a la elaboración de nanomateriales con menos efectos adversos en el ambiente y la salud.

Referencias:

  1. National Nanotechnology Initiative. What It Is and How It Works | Nano [Internet]. [cited 2020 Jul 25]. Available from: https://www.nano.gov/nanotech-101/what
  2. Dasgupta N, Ranjan S, Lichtfouse E, editors. Environmental nanotechnology. Vol. 1, Environmental Nanotechnology. Springer International Publishing; 2018. 1–340 p.
  3. Bayda S, Adeel M, Tuccinardi T, Cordani M, Rizzolio F. The History of Nanoscience and Nanotechnology: From Chemical-Physical applications to Nanomedicine. Molecules. 2020;25(1):1–15.
  4. Australian Academy of Science. How small is nanoscale small? – Curious [Internet]. 2017-11-28. [cited 2020 Jul 25]. Available from: https://www.science.org.au/curious/technology-future/how-small-nanoscale-small
  5. Hochella MF, Spencer MG, Jones KL. Nanotechnology: Nature’s gift or scientists’ brainchild? Environ Sci Nano [Internet]. 2015;2(2):114–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1039/C4EN00145A
  6. Goodman G, Gershwin ME, Bercovich D. Fullerene and the origin of life. Isr Med Assoc J. 2012;14(10):602–6.
  7. Sharon M. History of Nanotechnology: From Prehistoric to Modern Times. Sharon M, editor. Vol. 1. 2019. 16–22 p.

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