Nanotecnología

En nuestro afán de presentar a todos los nanomateriales con aplicaciones en tecnología, hoy nos vamos a centrar en unos nanomateriales muy especiales, las nanopartículas metálicas. ¿Podrías decir de qué “color” son los metales?. Con carácter general todo el mundo diría que son “plateados”, pero en realidad éste efecto es debido a que su superficie es muy especular. Si cogiésemos una lima  para conseguir nanopartículas de aluminio por ejemplo, ¿de qué color serían ahora?. Evidentemente son oscuras, ¿por qué? Pues muy sencillo, el tamaño es tan pequeño que la superficie no puede actuar como superficie especular y toda la luz que incide sobre ellas es absorbida, sí, absorbida. En un metal, los átomos ceden parte de su carga eléctrica (electrones) al material como un conjunto y éstos se pueden mover libremente, y por tanto podrán absorber toda la luz que llega. ¿De qué color sería el oro cuando está formado no como metal sino como partículas de tamaño nanométrico?. Pues no, no es negro. Existen ciertos metales, como el oro o la plata, en los que este fenómeno no sucede presentando ciertas peculiaridades. En una nanopartícula de oro, sucede como en el caso de una de aluminio, los electrones pueden moverse libremente, pero ahora éstos electrones presentan una particularidad. Bajo ciertas condiciones, se consigue que todos estos electrones se muevan de manera más o menos ordenada y no al azar. Este movimiento colectivo se denomina “plasmón” y la existencia de estos plasmones origina que el oro no sea negro!!!. Las nanopartículas de oro en disolución y debido a este fenómeno presentan color, y éste color dependerá del tamaño de la partícula y de su concentración. ¡!Perfecto!! Acabamos de construirnos una “paleta de colores”.

    De todos es conocido la capacidad que poseen las plantas de generar energía a partir de la luz solar…entonces, ¿por qué no utilizar de un modo comercial esta fuente de energía eficaz y no contaminante que nos proporciona la naturaleza? En primer lugar, para que las células solares orgánicas sean funcionales, éstas deben integrarse en dispositivos electrónicos. Sin embargo, así como el material biológico necesita agua y sal para vivir, estas sustancias resultan extremadamente perjudiciales para los dispositivos electrónicos. ¿Qué hacer entonces?…la solución: ¡un sándwich de espinacas! Recientemente, un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), ha conseguido desarrollar con éxito una célula solar fotosintética, gracias a un complejo de proteínas denominado PSI (Photosystem I) basado en los cloroplastos de las espinacas. En su trabajo publicado en la revista NanoLetters, los investigadores explican como mediante el uso de péptidos, lograron estabilizar los complejos de proteínas de las espinacas, conservándolos intactos durante 3 semanas en un entorno seco (superficie electrónica). La eficiencia de conversión de luz en energía de estos dispositivos es del 12 %, pero los investigadores esperan alcanzar el 20 %. En el futuro estos dispositivos podrían emplearse como fuente de energía en teléfonos móviles e incluso ordenadores portátiles. Si quieres saber algo más sobre este trabajo, puedes pinchar en el siguiente enlace: TechTalk. 

En este post os avanzo el secreto de las imágenes que hemos publicado: se trata de óxidos semiconductores nanoestructurados. Sí, así de simple. Los óxidos son de los materiales más abundantes en la naturaleza y se forman debido a la interacción del oxígeno de la atmósfera o de medio acuoso con los elementos nativos presentes en la corteza terrestre, u otros compuestos intermedios que sufren oxidación. De hecho es tan común la oxidación que ciertos elementos tan abundantes como el silicio apenas se encuentran en estado elemental y hay que obtenerlos industrialmente a partir de sus óxidos. Además, el estudio del fenómeno de la oxidación y su prevención es de los que mayor presupuesto exige en el mundo industrial, (pensar simplemente en las pinturas anticorrosión). Pero en nuestro caso, vamos a hablar de las bondades de los óxidos y sus miles de aplicaciones industriales que se han visto muy beneficiadas del uso de la nanotecnología. (more…)

El premio Nobel de Física de 1986 supuso un homenaje a las técnicas de microscopía modernas. En efecto, E. Ruska recibió la mitad del mencionado premio por su trabajos en óptica electrónica y el diseño del primer microscopio electrónico. La otra mitad del premio se concedió a Bining y Rohrer por el diseño del microscopio de efecto túnel (Scanning Tunneling Microscope, STM).

Ruska nació en 1905 en Heidelberg y murió en 1988 en Berlín. En 1931 construyó, tras varios estudios teóricos, la primera lente electrónica y en 1933 el primer microscopio de este tipo. En 1937 comenzó a trabajar para la compañía Siemens, que dos años después comercializó el primer microscopio electrónico basándose en sus trabajos. Ruska permaneció en la Siemens hasta 1955, fecha en la que pasó a dirigir el Instituto Fritz Haber, cargo que simultaneó con el de profesor de la Universidad Técnica de Berlín. El microscopio construido por Ruska es de los denominados de transmisión (TEM, Transmission Electron Microscope) y supuso un avance fundamental para el conocimiento de la estructura de la materia. De hecho, el microscopio electrónico está considerado como uno de los inventos más importantes del siglo XX y hoy en día es una herramienta ampliamente utilizada por físicos, químicos, biólogos e ingenieros.

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“¡Ay qué pesados, qué pesados…!”. Pero bueno, esto de pedir una beca es más complicado que completar un sudoku de los grandes. No os imagináis el número de diferentes becas predoctorales y contratos que existen, F.P.I. (formación de personal de investigación), F.P.U. (formación de profesorado universitario), las becas de la Comunidad de Madrid…eso sin contar los contratos asociados a proyectos. Al final he decidido solicitar una F.P.U. (aunque no sé si mi expediente será suficiente, creo que como mínimo piden un 1.6, que así visto parece poco, pero “al cambio” no está nada mal). Esta mañana he acudido por segunda vez a entregar la documentación necesaria para optar a la beca del Ministerio (la primera vez mejor no os la cuento que me da vergüenza…). Mira que llevo días estudiando concienzudamente las convocatorias, completando mi curriculum (que al final no ocupa más de una página, qué triste ¿no?…), peleando con los de secretaría, “solicitando” (es decir, pagando) todos los certificados de notas y compulsas necesarias, haciendo fotocopias…pero si hasta he tenido que rellenar unas páginas inventándome lo que pretendo hacer durante los próximos años (ya ves tú…). Pues bien, justo en el momento de entregar los papeles, me he dado cuenta de que me faltaba una firma del director del departamento! No me lo puedo creer. Al final he puesto cara de seguridad y con aplomo he conseguido depositar los papeles, sin que se note que….¡¡he falsificado la firma de mi jefe!! (pero no se lo digáis a nadie..). En fin, espero no tener que rellenar muchos más papeles de aquí a unos años. Creo que hoy dormiré más tranquila.

Recientemente un grupo de investigadores del Instituto de Química Orgánica de Shanghai, en colaboración con otros departamentos de Biomedicina, han conseguido desarrollar un sistema dispensador de medicamentos a escala nanométrica, controlado mediante la aplicación de pulsos de luz ultravioleta. En su trabajo, publicado en la revista especializada Chemistry of Materials, los autores describen el modo en el que fabrican estos nanocontenedores mediante la incorporación de azobencenos a las paredes de los liposomas, en cuyo interior se encuentran los medicamentos a dosificar. Los azobencenos son moléculas formadas por dos anillos benceno unidos mediante un enlace doble N=N (grupo azo). Éstos pueden presentar dos disposiciones espaciales distintas con diferentes propiedades físicas (isómeros). La aplicación de luz permite inducir el paso de un isómero a otro (fotoisomerización). De este modo, mediante la irradiación con luz ultravioleta los nanocontenedores, con dimensiones aproximadas de 100 nm, cambian de forma abriendo canales de distribución a través de los que se liberan los medicamentos de un modo controlado. La irradiación mediante luz visible provoca que éstos recuperen de nuevo su posición original.

De este modo, la colaboración entre la nanotecnología y la medicina ha logrado generar un selectivo mecanismo de suministro y dosificación de medicamentos con el que mejorar y suavizar la aplicación de tratamientos médicos tan agresivos como la quimioterapia.
No sólo se descubren constantemente nuevos fármacos, sino que actualmente también evoluciona el modo en el que éstos se suministran. ¿Crees que algún día conseguirán evitarse las contraindicaciones y efectos secundarios frecuentemente asociados a los medicamentos?

En un post anterior os contaba algunas cosas básicas que, en mi opinión, todo periodista debería saber sobre nanociencia y nanotecnología antes de escribir sobre ellas. Gracias Tíscar y Antoine por vuestros interesantes comentarios. Me encuentro entre los partidarios de una mayor participación de los científicos y técnicos en tareas divulgativas, pero quizás os sorprendería saber la gran cantidad de ellos que piensan que esta no es su tarea en absoluto. En cualquier caso este camino a recorrer, el de la colaboración científicos - periodistas, es de doble sentido. También es necesaria, en mi opinión, una mayor preparación y un buen trabajo previo de documentación por parte del periodista antes de abordar determinados temas….

Bueno, aunque no soy periodista (ni pretendo serlo) en esta ocasión trato de ponerme un poco en el otro lado e imaginar algunas preguntas que un periodista podría estar interesado en formular a alguien que trabaje en nanociencia o nanotecnología. Ahí van:

1. ¿Dónde está aquí lo nano?. ¿Puede mostrármelo?. Con el ánimo de obtener financiación para su investigación o de colocar mejor un producto en el mercado, muchos científicos o compañías dicen trabajar en nanociencia o utilizar nanotecnología. Esto no siempre es cierto.

2. ¿Es necesaria la nanotecnología para que ésto funcione?. Para el consumidor o el usuario, lo que importa es que el producto funcione o resuelva una necesidad, da igual que sea “nano” o “micro”. En ocasiones el miniaturizar en exceso hace un producto más complicado y caro.

3. ¿Trata su nanotecnología de resolver un problema concreto o es más bien una solución en busca de un problema?. A veces, los investigadores pretender lanzar compañías con tecnologías que no satisfacen necesidad industrial alguna y que son demasiado complicadas o caras para ser viables.

4. ¿Hay otros investigadores (o compañías) trabajando en el tema en el que usted lo hace?. Por lo general, los temas candentes e interesantes atraen una dura competencia…

5. ¿Cuál es su futura estrategia de investigación / su estrategia de mercado?. La estrategia investigadora o la de mercado deben asentarse en el mundo real y contar tanto con recursos humanos como financieros suficientes.  

Existen muchas definiciones para describir un nanomaterial, todas ellas igualmente válidas, pero si tuviésemos que resumirlas para dar una idea clara a un profano en la materia, diríamos que un nanomaterial es todo aquél en las cuales alguna de sus dimensiones espaciales tiene tamaño nanométrico. La pregunta iría enredándose más y más, pero ¿para qué estos tamaños tan pequeños? (recuérdese que un nanómetro es la millonésima parte de un metro, es decir si nuestro píe fuera un nanómetro tendríamos que dar una vuelta al mundo para completar un metro). La idea es sencilla, muchas de las propiedades de los materiales dependen de cómo se comporten los electrones que se mueven en su seno o de cómo estén ordenados los átomos en la materia. En un material nanométrico, el movimiento de los electrones está muy limitado por las dimensiones del propio material. Además la proporción de átomos en la superficie con respecto al interior es con mucho, más alta que en materiales de tamaño más elevado. Por consiguiente, si reducimos las dimensiones de un material, modificaremos sus propiedades y en consecuencia podremos diseñar materiales con propiedades a la carta. Muchos son los que hace años indicaron que la nanotecnología nos llevará a una segunda revolución industrial y a la vista de lo indicado anteriormente no es de extrañar esta idea.

El producto final de este “arte” para construir un objeto con dimensiones a escala nanométrica es a lo que se conoce como nanomaterial. En el fondo, con esta arquitectura atómica se pueden hacer materiales  con propiedades de acuerdo a un diseño. Se deja adivinar que las insólitas características de los nanomateriales van a tener muchas aplicaciones (biotecnología, medio ambiente, electrónica y un largo etcetera).  

Buceando por la red he encontrado una definición de la nanotecnología que va un poco más allá de la que se puede encontrar en el diccionario de la RAE. La National Nanotechnology Initiative es una iniciativa de varias agencias federales de los Estados Unidos dedicada al I+D en temas relacionados con la nanotecnología. En su web podemos encontrar una definición de nanotecnología en la que se dice que la Nanotecnología es el conocer y controlar la materia a la escala de los nanometros, en esa escala se producen fenómenos únicos que permiten utilizarlos en nuevas aplicaciones.

Esta última parte es la que marca la diferencia con otras definiciones que podemos encontrar y es lo que hace que actualmente se hable de que la nanotecnología supondrá una nueva revolución industrial durante el siglo XXI. En la misma definición se dice además que la nanotecnología implica poder ver, medir, modelizar y manipular la materia en esa escala de tamaños.

Después de leer esto, se me ocurre una pregunta ¿hasta qué punto somos capaces en la actualidad de poder ver, medir, modelizar y manipular la materia a escala nanométrica? Lo de ver y medir parece que es un hecho a tenor de lo que los científicos publican en las revistas y para muestra no hay más que ir a un blog vecino. Lo que no está tan claro es que seamos capaces de modelizar y, sobre todo, de manipular y controlar la materia a esa escala, aunque igual hay alguien por ahí que nos puede arrojar un poco de luz sobre esto…

La consultora suiza “Die Innovationsgesellschaft” (La sociedad de la innovación) se dedica, entre otras cosas, a la gestión de la innovación y a su comunicación. Entre sus clientes se encuentran empresas, autoridades federales suizas y organizaciones de investigación activas en la aplicación e implementación de nuevas tecnologías. La nanotecnolgía se encuentra entre sus principales puntos de mira. Recientemente, dicha consultora ha publicado un decálogo titulado “Los Diez Mandamientos de la Nano-Comunicación“, que trata de la percepción de la nanotecnología por parte del gran público. De forma resumida, el decálogo sería el siguiente: (more…)