Nanotecnología hasta en la sopa

Autoras:
      Noelia Lázaro Ronco.
      Mª Ángeles López Jiménez.

El prefijo “nano-“ nos ha invadido. Ya lo encontramos hasta en la sopa. 

Medicina, cosmética, construcción, deporte, alimentación, textil, etc. Son innumerables los campos en los que aparecen “nano-cosas” para sustituir o mejorar los productos actuales. Todo el mundo habla de “nanotecnología” como la clave para el futuro. Pero...

¿Sabemos lo que es la “nanotecnología”? ¿Qué tiene este “nanomundo” para ser tan revolucionario y prometedor? ¿Por qué nos están invadiendo las “nano-cosas”? Acércate, y te lo contamos.

¿Qué es la “nanotecnología”?

Antes de ponerse a discutir sobre algo, hay que saber de qué se trata realmente. Para hablar de “nanotecnología”, primero hay que saber lo que es.

La palabra “nanotecnología” se puede desglosar en tres términos de origen griego:

“nano-”, que proviene de νάνος, que significa “enano”, “pequeño” y “nueve”.

“-tecno-“, que proviene de τεχνη, que significa “arte”, “técnica” u “oficio”.

“-logía” (equivalente a “logos”), que proviene de λογος, que significa “conjunto de saberes”.

En definitiva, “nanotecnología” se podría definir como el conjunto de conocimientos relacionados con las técnicas u oficios que permiten fabricar objetos, aparatos o sistemas de pequeño tamaño. O dicho de otra forma, es tecnología a pequeña escala.

Una vez definida “nanotecnología”, nos podría surgir una duda, y es cómo de pequeña es esta escala; es decir, cómo de “enano” es aquello con lo que se trabaja en “nanotecnología”. Para hacernos una idea de las dimensiones de lo “nano”, vamos a utilizar un ejemplo a escala real (figura 1).

Figura 1. Comparativa de tamaños para visualizar el tamaño nanométrico.

Imagina un balón de fútbol, normalito, del color que quieras. Ahora compara su tamaño con la inmensidad del planeta Tierra. La diferencia… es enorme, ¿no? ¡El balón es minúsculo comparado con nuestro gran planeta! Ahora, ¿tienes en la cabeza esa diferencia de dimensiones? Pues esa misma diferencia es la que hay entre el balón de fútbol que has imaginado y una partícula “nano”. Sí, exacto, “el balón de fútbol es a la partícula “nano” como la Tierra es al balón de fútbol”. La diferencia de tamaños es exactamente la misma… ¡y sí! Las partículas “nano” son así de pequeñas. Y a ese tamaño es al que trabaja la “nanotecnología”.

Por si te han quedado dudas, o no eres capaz de imaginarte la partícula “nano”, vamos a poner otro ejemplo. En este caso, vamos a hacer una escala de tamaños, y vamos a mencionar algunos objetos o partículas que se encuentran en cada escala (figura 2).

                                      

Figura 2: Escala relativa de tamaños.

Nuestras dimensiones se encuentran en el rango de los metros. Los ratones y los hámsters que tenemos en casa son como una cien veces más pequeños que nosotros, y rondan las decenas de centímetros. Las líneas que hacemos con los bolígrafos al escribir tienen un grosor mil veces menor a nuestras dimensiones.

Imagina ahora un cabello, y piensa en lo pequeño que es su diámetro. Pues su diámetro es sólo diez mil veces menos a nuestras dimensiones. Y sí, he dicho “sólo”, porque si seguimos bajando en la escala… ¡las partículas “nano” son hasta mil millones de veces más pequeñas que nosotros! A este tamaño tan minúsculo se le denomina tamaño “nanométrico”, y con este tamaño se encuentran algunos virus , la hemoglobina  y la molécula de azúcar.

 

Formalmente, se designa como “nanopartícula” a toda aquella que tiene dimensiones comprendidas entre 0.1 µm y 1 nm. La “nanotecnología” se encarga de estudiar y buscar aplicaciones a las moléculas, partículas y materiales con estas dimensiones.

  

Pero… ¿por qué hay tanto alboroto con las “nanopartículas” y las “nano-cosas”? ¿Qué tienen de especial?

Lo interesante de estas partículas tan pequeñas son las propiedades que presentan. Todo material cuyo tamaño de partícula se hace más pequeño aumenta su superficie específica . Si para una cantidad determinada de un material reducimos su tamaño hasta la “nanoescala”, la superficie específica aumenta muchísimo en comparación la que poseía antes de reducirle el tamaño (figura 3). De la misma forma, las propiedades superficiales del material se acentúan.

Figura 3. Variación de las propiedades superficiales con el tamaño de partícula.

Asimismo, hay algunos materiales que cuando alcanzan el tamaño “nanométrico” presentan cambios inusuales en sus propiedades, o aparición de propiedades emergentes (fenómenos ópticos, térmicos, eléctricos, magnéticos, etc.).

El oro es uno de estos materiales que, al pasar a la escala nanométrica, cambia sus propiedades. ¿De qué color es el oro? Por casualidad, ¿has pensado en color “amarillo” o “dorado”? El color al que estamos habituados a ver y concebir el oro es precisamente ese, “amarillo” o “dorado”, porque solemos verlo a escala macroscópica, es decir, en partículas de gran tamaño. Sin embargo, el oro no es sólo de color “amarillo” o “dorado”. El oro tiene distintos colores según el tamaño. ¡Sí! ¡Efectivamente! ¡El cambio de escala de partículas grandes a “nanopartículas” hace que cambien sus propiedades ópticas y su color! Y además… ¡el color va cambiando en la propia escala “nanométrica”! En la figura 4 se pueden ver distintos frascos con “nano-oro” de diferentes tamaños. Las “nanopartículas” más grandes dan colores fríos (azules, violetas); mientras que las más pequeñas dan colores cálidos (rosas, rojos).

Figura 4. Colores del oro según el tamaño de la nanopartícula.

Al igual que el oro cambia su color, pueden cambiar otro tipo de propiedades cuando pasamos de nuestra escala a la escala “nanométrica”. Y son estos cambios y estas nuevas propiedades las que hacen que las “nanopartículas” estén armando tanto alboroto… ¡Imagina qué otras propiedades pueden estar escondiéndose detrás de los materiales grandes de uso habitual…! ¡Imagina la de aplicaciones que se le pueden dar…!  La “nanotecnología” se encarga de buscar estas propiedades e intentar mejorar los materiales habituales incorporando “nanomateriales”.

Se oye mucho hablar de "nano-", pero... ¿dónde está? ¿Se está utilizando ya o es sólo un proyecto de futuro?

La nanotecnología, aunque creamos que no, lleva a nuestro alrededor mucho tiempo. La nanotecnología inicialmente se aplicaba en el campo de la farmacia, óptica, electrónica y pigmentos, entre otros.

En la actualidad, estos sectores también siguen utilizando la nanotecnología, pero han aumentado en número y variedad. Se incluyen otros muy distintos tales como, en equipamiento deportivo, en microchips de ordenadores y móviles, filtros para obtener agua de consumo de mejor calidad, recubrimiento en gafas de sol para proteger de los rayos ultravioleta solares y cremas protectoras solares.

Muchos protectores solares contienen nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) o dióxido de titanio (TiO₂) . Estos compuestos químicos son capaces de absorber y bloquear la acción de los rayos ultravioleta procedentes del sol, y proteger así nuestra piel de quemaduras o enfermedades cutáneas más graves.

Por otro lado, ya existen raquetas de tenis  y bicicletas fabricadas con nanotubos de carbono, los cuales las dotan de mayor  resistencia y menos peso que permiten competir con mayor eficiencia al deportista. (figura 5).

Figura 5. Ejemplos de nanotecnología 
aplicada en la actualidad.

¿Y cuándo se inventó eso de la “nanotecnología”?

Aunque si bien el concepto “nano-“ es relativamente reciente, lo cierto es que lleva conviviendo con nosotros muchos años. De hecho, ¡nuestros antepasados usaban nanotecnología sin saberlo!

¿Te suenan las espadas de Damasco? Estas espadas… ¿tan resistentes, fuertes y afiladas? Pues sí, ¡son pura nanotecnología!

El acero de Damasco se utilizaba entre los siglos XII y XVIII para la fabricación de espadas. Estas espadas tienen la peculiaridad de ser muy resistentes y poseer un filo “casi eterno”. ¿Dónde está el origen de estas propiedades? En su método de fabricación. Al parecer, los metales del acero se mezclaban con carbón, el cual en las condiciones en las que se hacía la forja, formaba nanotubos de carbono (figura 6). Los artesanos desconocían la presencia de estas “nanopartículas” en las espadas, pero sí sabían que su método era eficaz para conseguir espadas resistentes y afiladas: estaban haciendo “nanotecnología” sin saberlo. La forja era laboriosa y muy metódica, por lo que, aún conociendo la composición de las espadas en la actualidad, no se ha conseguido reproducir con total fidelidad ninguna de ellas.

Figura 5. Espada de Damasco.

                                 

Figura 6. Nanotubo de carbono.

Otro ejemplo de que la “nano” nos acompaña desde hace siglos son las vidrieras coloreadas de las catedrales de la época medieval. ¿Recordáis los distintos colores que puede tener el oro según lo pequeño que sea (figura 4)? Pues en el Medievo, se sintetizaba oro nanométrico de distintos colores para colorear las vidrieras de las catedrales (figura 7) ¡todo sin saberlo! En esta época no se conocía la “nanotecnología”, y sin embargo, también se estaba haciendo uso de ella.

Figura 7. Vidriera coloreada con nanopartículas de oro.

Ahora bien, la “nanotecnología” no es algo que hayamos inventado nosotros: la naturaleza  la lleva usando mucho más tiempo que nosotros. Algunos ejemplos naturales de “nanoestructuras” son las alas iridiscentes de las mariposas o las ventosas “pegajosas” de los geckos, gracias a las cuales pueden desafiar las leyes de la gravedad y subir por las paredes sin caerse. De hecho, muchos estudios nanotecnológicos están enfocados a entender estar estructuras e intentar imitarlas para aplicarlas para mejorar los dispositivos y materiales utilizados actualmente.

Como vemos, la "nanotecnología" se nos presenta como algo novedoso y con un gran abanico de posibilidades y aplicaciones. Sin embargo, no todo es tan maravilloso. Aunque se está haciendo un estudio exhaustivo de las mismas con el fin de buscarles aplicabilidad, se nos está olvidando investigar algo importante: la "nanotoxicidad". Y es que, además de tener propiedades excepcionales y extraordinarias, las "nanopartículas" también pueden ser tóxicas. La fiebre "nano-" debe dar paso a una "nano-concienciación" que permita, además de hacer grandes avances en ciencia, asegurar que éstos son seguros para nuestra salud.

Ahora que conoces un poquito más sobre el fenómeno “nano”… ¿qué te parece? ¿Es la “nanotecnología” el futuro? ¿Crees que hace falta más investigación? ¿Has visto funcionar alguna cosa con "nanotecnología"? ¡Cuéntanos!

Referencias a día 27/11/2017:

- Fuentes de las imágenes del encabezado:

Nanorobots: Tecnología Inimaginable (ABCiencia).
Nano-exclusive Line (Orogold Cosmetics).
"Existen productos con nanotecnología" (Belleza Sana, Miguett Multimedia).
Aqua Reflex (Nano Bio Salud).


- Información:

Término "Nano" (Wikipedia).
Origen de la palabra "tecnología" (Planeta Curioso).
"La nanotecnología en tu día a día" (Galarscience).
"Los nanotubos de carbono, el secreto de las Espadas de Damasco" (El Mundo, ciencia y ecología).
"El secreto de las Espadas de Damasco al descubierto", I y II (Fundación Telefónica, Nanotecnología).
"Nanotecnología: pasado, presente y futuro" (El Español).
"Las patas del Gecko, un súper adhesivo" (Ecofactory).
"Las nanopartículas sí pueden atravesar membranas" (Tendencias Tientíficas).
"Nanopartículas y su efecto sobre la salud" (Dialnet).