Nanotecnología

Por Jaime Castillo Montes 

Cuando se habla de la Nanotecnología, solemos pensar en nano-chips o en aparatos ultra-pequeños que están siendo desarrollados por científicos para la medicina, la lucha contra el cáncer, la bioquímica, la física, etc. Sin embargo, el sector de la construcción empieza a entrar en el mundo de los avances tecnológicos, y se están empezando a investigar formas en las que la nanotecnología puede aportar mejoras a la construcción de carreteras, puentes y edificios.

En un artículo publicado por Better Roads, Small Science Will Bring Big Changes To Roads (La ciencia "pequeña" causará grandes cambios en las carreteras), y citado por Nanodot, se explica como las actuales investigaciones en polímeros podrían llevar a una situación en la que las barreras protectoras en las carreteras arreglen sus propios desperfectos causados por choques de vehículos.

La aplicación de la nanotecnología en las carreteras y la construcción también hará posible identificar y reparar de forma automática, sin intervención humana, brechas y agujeros en el asfalto o en el hormigón, y fabricar señales de tráfico que se limpian a si mismas. Igualmente se utiliza la nanotecnología para fabricar acero y hormigón más fuertes. También para la seguridad vial. Por ejemplo en algunos sitios de los Estados Unidos se han colocado nano sensores para vigilar el estado de sus puentes y detectar cualquier anomalía o riesgo.

A pesar de la mala prensa que recibe la nanotecnología de algunos medios, son cada vez más evidentes los avances y las nuevas soluciones hechas posibles por este nuevo fenómeno científico.

Si te interesa, puedes leer más sobre esta y otras noticias relacionadas, en el siguiente enlace: http://www.betterroads.com/content/Issue-Story.45.0.html?&no_cache=1&tx_magissue_pi1%5Bpointer%5D=0&tx_magissue_pi1%5Bmode%5D=1&tx_magissue_pi1%5BshowUid%5D=444

  El tamaño de los objetos que podemos analizar mediante un microscopio depende básicamente de la longitud de onda (es decir de la energía) de los elementos que utilicemos como sonda durante el análisis. El microscopio óptico utiliza la luz visible, lo que nos permite alcanzar una resolución de unos cientos de nanómetros. Por otro lado, el microscopio electrónico emplea un haz de electrones acelerados, partículas con mayor energía (menor longitud de onda) que los fotones que componen la luz visible, lo que mejora considerablemente la resolución, pudiendo alcanzar unos pocos nanómetros. Sin embargo existen ciertos inconvenientes a tener en cuenta al trabajar con un microscopio electrónico. Por un lado, la elevada energía que poseen estos electrones podría dañar las muestras, en el caso de tratar con material biológico o muestras frágiles. Además si las muestras son poco conductoras, podrían aparecer efectos de carga debido a la naturaleza eléctrica de los electrones, lo que dificultaría el estudio. Entonces, ¿por qué no utilizar átomos en lugar de electrones? De hecho, empleando un haz de átomos podría alcanzarse una resolución similar a la obtenida mediante un microscopio electrónico, pero sin dañar la muestra, puesto que la energía de estos átomos sería considerablemente inferior a la de los electrones empleados en un microscopio electrónico. Incluso podríamos olvidarnos de los efectos de carga, al no emplear partículas cargadas. Todo apunta a que en un futuro se conseguirá desarrollar una nueva técnica de microscopía basada en el "microscopio de átomos". Sin embargo esta nueva técnica requiere la fabricación de un espejo casi perfecto, es decir con una superficie sin imperfecciones y una rugosidad a nivel atómico, capaz de enfocar los átomos sobre la muestra a analizar. De conseguir fabricar este nanoespejo, los átomos empleados como sonda no se desviarían de la dirección especular tras incidir sobre la superficie de la muestra.

Si analizamos el panorama científico internacional, diversos grupos de investigación han intentado fabricar un espejo de estas características, pero difícilmente han conseguido alcanzar una reflexión superior al 1 %. Sin embargo, recientemente un equipo de investigación español, liderado por Rodolfo Miranda, catedrático de Física de la Materia Condensada en la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y director del instituto IMDEA-Nanociencia, ha conseguido fabricar el espejo más liso y perfecto jamás elaborado hasta la fecha. Empleando átomos de Helio como sonda han alcanzado una reflexión de hasta el 67 %. Este nuevo nanoespejo consiste en una fina capa de plomo depositada sobre una lámina de silicio. El espesor de la capa de plomo no debe superar los cuatro o cinco átomos a fin de aprovechar la "magia" de los efectos de la Física Cuántica. Existe un espesor energéticamente favorable, denominado "espesor mágico" capaz de generar fenómenos sorprendentes. Según explica el profesor Miranda, con este espesor "la superficie se aplana sola, como si los montones de arena de una playa se alisaran espontáneamente". Para conseguir este "espesor mágico" la capa de plomo debe depositarse a una temperatura de 230 grados bajo cero, sin embargo su perfección mejora al elevar la temperatura hasta la temperatura ambiente.

Este importante descubrimiento, del que ya se han hecho eco diversas revistas científicas como Advanced Materials, permitirá completar el desarrollo de la microscopía de átomos (proyecto en el que actualmente el equipo de Miranda colabora con otros grupos europeos).

Por GUILLERMO SERRANO BRIEGA 

Citando a Leonardo Da Vinci, "La naturaleza benigna provee de manera que en cualquier parte halles algo que aprender". Eso es lo que debieron de pensar los ingenieros biomédicos de la universidad de NorthWestern al inspirarse en el reino animal para llevar a cabo la fabricación de un nuevo nanopegamento capaz de fijarse a una superficie sólida tanto al aire libre como bajo el agua de manera reversible.   Uno de los dos pilares de esta investigación se basa en los geckos, conjunto de pequeños lagartos presentes en todo el planeta (en España su representante más popular es la conocida salamanquesa). El rasgo más peculiar de este grupo de animales que lo distingue claramente de los otros lagartos es su capacidad de escalar superficies lisas verticales e incluso trepar por los techos con facilidad. Tanto es así que son capaces de aguantar centenares de veces su propio peso en contra de la fuerza gravitatoria sin dificultad. Sus patas se adhieren a la superficie gracias a los pelos que presentan en las extremidades de los dedos; una pilosidad ultrafina, ya que cada pelo de 5 micras de diámetro está recubierto de decenas o centenas de nanopelos de 200 nanómetros de diámetro (250 veces menos que un cabello humano).  Disponen además de una serie de ventosas nanoscópicas que les permite mantenerse sobre cualquier tipo de superficie. A escala nanométrica, los geckos explotan al máximo las fuerzas de Van Der Waals que se ejercen entre moléculas formando un enlace químico no covalente.

Figura 1: Sus patas permiten al gecko trepar por muros y techos

No obstante, el gecko encuentra un gran problema cuando sus pies topan con un suelo mojado, ya que en contacto con el agua pierde gran parte de su potencial adhesivo, como la mayor parte de los pegamentos en medio húmedo por otro lado.  Es por ello que en este punto de la investigación se decidió elegir un modelo que no tuviese problemas de fijación en el agua: el mejillón. Este tipo de molusco, con representantes tanto en aguas dulces como saladas, usan sus bisos como ancla carnosa para fijarse sobre rocas o cualquier tipo de objeto sumergido y llevar a cabo su alimentación de tipo filtradora.

Figura 2: Mejillón sobre una roca

Por ello, a diferencia de otros adhesivos inspirados en otros reptiles, el geckel (neologismo proveniente de gecko y mussel -mejillón-) puede adherirse a superficies secas o mojadas. "Preveo que las cintas adhesivas hechas de geckel podrían usarse para reemplazar los puntos de sutura en el cierre de heridas, así como adhesivo resistente al agua para vendajes y medicamentos en forma de parche", declara el profesor Philip Messersmith de la Universidad Northwestern en Evanston, cerca de Chicago. "Este tipo de vendaje permanecería inamovible en los baños pero podría ser fácilmente retirado para aplicar el tratamiento en la herida". En efecto, las pruebas llevadas a cabo hasta hoy en día prueban que el material puede ser pegado y despegado más de mil veces consecutivas incluso bajo el agua. Los investigadores añaden: "Otro tipo de materiales sólo han podido alcanzar unos pocos ciclos de contacto sin disminuir drásticamente su efectividad".

  No es la primera vez que un grupo de investigadores intenta fabricar en masa un material barato y que imite las propiedades del gecko. En el 2003 un equipo de científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido) consiguió pequeñas cantidades de cinta adhesiva usando una litografía de haz de electrones, proceso en el cual un haz de electrones es capaz de grabar un modelo en una superficie. Es la misma técnica usada en el geckel y sus mayores inconvenientes son su elevado coste y la dificultad de aplicarla a escala industrial. Así pues, las muestras de geckel usadas en los últimos experimentos tenían 60 nanómetros de diámetro. "Hemos llevado a prueba el concepto y ha funcionado", prosigue el profesor Messersmith. "El reto ahora es el cambio de escala en su obtención manteniendo todas las propiedades del material".

   No obstante, científicos de la marca aeroespacial y de defensa BAE Systems consiguieron el año pasado una producción en masa que demostraron mediante una tira de algunos centímetros de un plástico conocido como Gecko Sintético. Usando una técnica conocida como foto-litografía, común en la industria del silicio, han sido capaces de llevar a cabo el cambio de escala. "Tenemos piezas de material mayores", asegura el doctor Sajad Haq, investigador en la compañía Advanced Technology Center en Bristol (Reino Unido). Por supuesto no estaba autorizado a aportar más información ya que su empresa trabaja en la patente de su nuevo producto. "Nuestro equipo no ha tenido que modificar mucho el diseño para hacerlo funcional en superficies mojadas", se aventuró a asegurar. "El material que usamos sigue siendo un sistema simple. No hemos tenido que llegar a nada complejo para asegurar que funcione bajo el agua".

Figura 3: Gecko Sintético está compuesto por millones de pelos en configuración de champiñón

El Gecko Sintético, al igual que el geckel, es capaz de despegarse y pegarse sin perder eficacia. Una vez patentado, la firma planea usar el material para un intervalo amplio de aplicaciones; desde la fabricación de parches para cisternas, aviones o submarinos hasta robots "trepadores". Puesto que la investigación de este nanomaterial sigue siendo comercialmente muy sensible, los detalles específicos aún no han sido publicados.

Otros enlaces de interés:

http://tempsreel.nouvelobs.com/actualites/sciences/technologies/20070718.OBS7231/collant_comme_un_gecko_et_une_moule.html

http://media.dualmac.com/wp/2007/08/25/geckel-un-pegamento-que-imita-a-la-lagartija-y-el-mejillon.html

http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6904175.stm

http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/Geckel,_la_colla_che_imita_gli_animali/1308932