Nano-ladrillos de posibilidades extraordinarias
Luz emitida por las nanoestructuras.| CSIC
Un único material, muchas propiedades.
El gran interés que la nanotecnología ha suscitado en la última década proviene principalmente del hecho de que ahora sabemos que un material determinado no tiene sólo las propiedades que todos conocemos, sino que, siempre y cuando reduzcamos la cantidad de ese material a dimensiones nanométricas, puede exhibir otras muchas.
En la práctica, es como si tuviéramos más de una tabla periódica de los elementos químicos a parte de la tradicional, ya que las propiedades de un solo elemento (o compuesto) se han multiplicado. Por ejemplo, el grafito, un mineral formado por carbono y que suele ser la mina de los lapiceros, es frágil. Pero el material formado por un tipo particular de nanopartículas de carbono llamados nanotubos, es ligero y altamente resistente.
La nanotecnología: una caja con diferentes piezas y herramientas
La fabricación de nuevos materiales, sin embargo, es sólo el comienzo. Los problemas para los cuales buscamos solución están relacionados, por ejemplo, con la producción de energía limpia y su almacenamiento, el procesado, almacenamiento y transmisión de la información, la biomedicina… Estos desafíos requieren nuevos sistemas complejos que realicen operaciones en multitud de pasos.
Una forma de ver la nanotecnología es pensar que consiste en una caja con diferentes piezas de construcción de tamaño nanométrico, que no sólo sirven para fabricar nuevos materiales, sino también para combinarlos e interconectarlos y así construir dispositivos más complicados. Podemos encontrar una semejanza en el juego infantil de construcción con bloques de madera, o en el juego 'Lego', pero con piezas de dimensiones nanométricas.
Las piezas representan las unidades básicas de construcción, los 'ladrillos' nanotecnológicos: nanopartículas, nanocristales, moléculas, nanotubos…. Unir muchas piezas amarillas para formar un muro equivale a formar un nuevo material. Una vez que tenemos muros amarillos, suelos malva o torres rojas, unimos a su vez estas estructuras para formar dispositivos más complicados: casitas, castillos, dragones.
Ejemplo de 'ladrillos' nanotecnológicos.| SINC.
El objetivo a largo plazo de la nanotecnología es desarrollar sistemas que funcionen de forma compleja, de forma semejante a cómo funcionan las células en los mamíferos, que son sistemas que a su vez se componen de otros sistemas que realizan funciones más sencillas, de forma jerárquica y con un alto grado de interconexión e intercomunicación entre ellos. Hoy en día estamos todavía muy lejos de poder fabricar algo tan sofisticado.
La era de la nanofabricación ya está aquí
El camino a seguir es comenzar por las tareas más simples. En primer lugar, fabricar nanoestructuras con las que a su vez producir materiales que sean capaces de realizar una sola tarea, por ejemplo, hacer utensilios de mayor dureza o filtros para líquidos que sean más eficaces por el hecho de estar fabricados con poros del tamaño nanométrico. Esta es la etapa que está más avanzada. La mayor parte de las aplicaciones comerciales actuales de la nanotecnología están relacionadas con los nuevos materiales (Mihail Roco, 'U.S. National Nanotechnology Initiative').
Una segunda fase es la fabricación de nanoestructuras más activas, de forma que sean capaces de detectar sustancias, moverse, entregar un fármaco a determinadas células enfermas o generar o adsorber la más mínima cantidad de luz. Esta es la etapa en la que está centrada la investigación actual.
Un tercer paso consistiría en aprender a organizar e interconectar las nanoestructuras para armonizar sus respuestas dentro de un sistema mayor. Por ejemplo, interconectar los nanoestructuras generadoras de energía con las que requieren energía o transportar y mover cargas de unas nanoestructuras a otras.
Un paso aún más avanzado sería la fabricación de nanosistemas con miles de componentes que interactúen entre sí de forma estructurada y subordinada. Se ha abierto ante nosotros una caja con nuevas herramientas y 'nano-ladrillos' de posibilidades extraordinarias para encontrar soluciones tecnológicas a necesidades actuales en campos muy variados. Y como en todo nuevo descubrimiento científico y tecnológico, debemos tener presente la responsabilidad de investigar sus posibles efectos adversos tanto para la salud de los seres humanos y como para el medio ambiente.
En la imagen superior se pueden observar unas nanoestructuras (los puntos blancos) denominadas puntos cuánticos. Cada punto tiene un diámetro de 80 nm. Estas nanoestructuras exhiben la novedosa propiedad de ser capaces de emitir fotones uno a uno. Un fotón es la mínima cantidad de luz posible. La imagen de la derecha muestra la luz emitida por cada punto. Este hecho tiene aplicaciones para futuras tecnologías de la información (encriptación cuántica). Por cortesía del grupo de MBE del IMM-Instituto de Microelectrónica de Madrid (CNM-CSIC) y del grupo UMDO del Instituto de Ciencia de Materiales de la Universidad de Valencia (http://www.uv.es/umdo/index.htm).
Mónica Luna es investigadora en Nanociencia y Nanotecnología del Instituto de Microelectrónica de Madrid (CSIC).
monica.luna.estevez@gmail.com
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