El nanomundo en tus manos
8. Perspectivas, aplicaciones actuales e implicaciones sociales
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El sector de la electrónica y los electrodomésticos se está comenzando a beneficiar del desarrollo de la nanotecnología, con nuevos materiales y dispositivos como los indicados en el Capítulo 5. Tales avances están llamados a revolucionar los ordenadores, las pantallas de televisión y los reproductores de sonido e imagen. Un ejemplo (más modesto, pero ya comercializado) de la llegada de la nanotecnología a este campo son los auriculares fabricados con polímeros que contienen nanopartículas capaces de repeler la grasa de la piel y evitar que los dispositivos electrónicos se ensucien. Además, los electrodomésticos más modernos que tenemos en nuestros hogares incorporan también nanoproductos en los materiales con que han sido construidos. Como ejemplo relevante, distintos sistemas de filtrado de aire acondicionado y neveras utilizan ya nanopartículas de plata con propiedades bactericidas, por lo que ayudan a disminuir la probabilidad de propagación de patógenos como Legionella o Salmonella. Otro aspecto que debe destacarse es que varias empresas españolas lideran el mercado de la producción de grafeno, material en el que se han depositado enormes expectativas. Esto coloca a nuestro país en una posición privilegiada que debemos aprovechar.
En el caso de la industria textil y la moda, la nanotecnología está avanzando hacia la fabricación de tejidos más resistentes, repelentes de la suciedad o autolimpiables, absorbentes de la radiación ultravioleta, e incluso dotados de propiedades antibacterianas o antifúngicas. Por ejemplo, se comercializa ropa interior fabricada con algodón que ha sido impregnado con nanopartículas obtenidas de la carbonización del bambú: tales nanopartículas aportan propiedades desodorantes y desinfectantes, que no se ven disminuidas con los repetidos lavados de la prenda. La empresa italiana Erreà Sport incorpora nanopartículas de titanio y de plata en las fibras con las que produce prendas deportivas, por lo que éstas se ensucian menos y evitan el crecimiento de bacterias u hongos. Ya se equipan con esta marca los futbolistas de clubes italianos como el Parma o el Atalanta, ingleses como el Middlesbrough, o españoles como el C. D. Numancia (Figura 8.4). Por otra parte, ya está en desarrollo una nueva generación de «prendas inteligentes» que podrán cambiar de color, brillo o textura en función de estímulos producidos por la persona que la viste o por quien interacciona con ella «desde fuera». Esto puede llegar a conseguirse incorporando sensores que detectan nuestra temperatura, parámetros de salud, o incluso el estado de ánimo o el nivel de estrés.
Los tejidos podrían llegar a contener nanocápsulas capaces de liberar de forma controlada fármacos, perfumes o cremas. Así, tal vez durante la próxima década vistamos prendas que llegarán a decir sobre nosotros mismos mucho más que nuestros rostros.
En el ámbito de la biomedicina y la biotecnología se han desarrollado «nanopartículas esterilizadoras», cuya superficie está funcionalizada con moléculas que les permiten unirse a la pared exterior de determinadas bacterias contaminantes del aire. Así, si se vaporiza una preparación de esas nanopartículas en un recinto cuyo aire se desea purificar y esterilizar (por ejemplo, un quirófano), el spray entra en contacto con las bacterias que están en suspensión y las inactiva. El propio material quirúrgico que utilizan los cirujanos, así como las lámparas y mobiliario de los quirófanos, están también beneficiándose de las mejoras que aportan los nanomateriales. También se han desarrollado nanomateriales para obtener prótesis más resistentes y biocompatibles, nanosoportes biodegradables y bactericidas para facilitar el crecimiento de huesos y cartílagos, y geles basados en péptidos (polímeros cortos de aminoácidos) nanoestructurados que logran detener hemorragias en pocos segundos. También se comercializan nuevos vendajes y apósitos que incluyen nanopartículas bactericidas. Más allá de las nanopartículas, la nanotecnología se utiliza también para fabricar sistemas de esterilización de agua y aire en hospitales que están basados en nanofibras capaces de repeler las bacterias y los virus con mucha mayor eficiencia que las membranas tradicionales. Nuestra salud, por tanto, comienza a estar en manos de los desarrollos nanotecnológicos. Y también la salud sexual, ya que en la Universidad de Manchester se están desarrollando (con apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates) preservativos de grafeno en los que este material aporta mayor resistencia y a la vez evita la disminución de placer característica del látex y otros materiales convencionales.
Los productos cosméticos tampoco se escapan de la revolución nanotecnológica. De hecho, la cosmética es el ámbito de consumo en el que más rápido comenzó a prosperar la nanotecnología, y numerosos productos están ya en el mercado: cremas revitalizantes que incluyen liberadores nanoporosos de sustancias como colágeno o vitaminas, sombras de ojos y pintalabios con nanopartículas de dióxido de titanio o dióxido de zinc, esmaltes de uñas con nanopartículas magnéticas que en presencia de campos magnéticos dibujan llamativas figuras, pastas dentífricas con nanopartículas que permiten una mejor fijación de flúor en el esmalte dental, champús que utilizan nanopartículas para reparar cabellos dañados, mascarillas faciales, etc. Un ejemplo concreto que podemos encontrar en farmacias y droguerías (Figura 8.4) es la línea de productos que la empresa Zelens comercializa con el significativo nombre de Fullerene C60, en los que se aprovecha el poder antioxidante de su ingrediente estrella. También están a la venta variantes del producto Optisol, de la ya mencionada empresa Oxonica, que contiene nanopartículas de dióxido de titanio capaces de absorber la radiación ultravioleta y por tanto mejorar los protectores solares o maquillajes. En cualquier caso, hay que destacar que la abundancia de nanoproductos en cosmética se ha producido, en parte, por lo poco exigente que es la normativa en este campo en comparación con los sectores de la medicina o de la industria alimentaria.
En el campo de la alimentación, la nanotecnología está ya presente en las diferentes fases de la larga cadena que, desde su origen hasta nuestra cocina, siguen los productos que comemos o bebemos. En cuanto a la producción, se están desarrollando nanosensores para controlar las condiciones del suelo agrícola y del agua de ríos y mares, así como para seguir el crecimiento y grado de maduración de las cosechas. Respecto al procesamiento, desde hace varios años se utilizan nanopartículas o se preparan micro- y nanoemulsiones para controlar la textura de los preparados alimenticios y la viscosidad de harinas, salsas u otros productos. Productos lácteos y huevos enriquecidos con el popular omega-3 (un ácido graso poliinsaturado que abunda en el pescado, y que en medios acuosos puede formar emulsiones con tamaño de gota en torno a 100 nm) o chicles con sabor a chocolate (que incorporan nanocristales de aceites de cacao) son ejemplos de «alimentos funcionales» con propiedades mejoradas. A medio camino entre la alimentación y la farmacología, se investiga sobre nanocontenedores que pueden permitir una mejor dosificación y absorción de los alimentos, tanto por vía oral como parenteral. La nanotecnología también está contribuyendo, gracias a la inclusión de nanopartículas en distintos tipos de polímeros, al desarrollo de envases más ligeros, aislantes y protectores, así como de utensilios de cocina más resistentes, autolimpiables y con superficies difícilmente colonizables por bacterias u hongos. Se investiga además en la utilidad de nanopartículas fluorescentes funcionalizadas con anticuerpos para detectar la aparición de procesos de descomposición durante el almacenamiento de los alimentos, o bien la presencia de aditivos químicos indeseados. En un futuro cercano se usarán nanosensores biodegradables dentro del propio envase, lo que permitirá evaluar su frescura, cuantificar su grado de humedad, y controlar si se ha mantenido la cadena de frío requerida en cada caso.
En el ámbito de la enología, en la actualidad se están usando experimentalmente nanopartículas de plata para sustituir a los sulfitos que habitualmente se emplean como compuesto bactericida y antifúngico durante la elaboración del vino. ¿Cómo reaccionarán los consumidores ante una buena botella de Ribera del Duero, Rioja o Burdeos, en cuya etiqueta se pueda leer «Contiene nanopartículas»? Quizá en principio no muy positivamente, pero ¿tal vez mejoraría la sensación, e incluso se aumentaría el glamour del producto, si se especifica que tales nanopartículas son «de plata»? Esta pregunta puede parecer extraña, pero en el párrafo siguiente leeremos algo aún más sorprendente. En cualquier caso, con objeto de mejorar la conservación del vino, nanopartículas similares se pueden incluir también en los polímeros nanoporosos que desde hace años se utilizan para tratar de imitar el corcho natural. Por cierto, como nota curiosa podemos añadir que la nanotecnología también puede venir en nuestra ayuda en caso de que el consumo de alcohol haya sido excesivo: investigadores japoneses y norteamericanos han desarrollado nanocápsulas compuestas por polímeros orgánicos que contienen en su interior las dos principales enzimas que nuestro organismo utiliza para metabolizar el etanol… y su uso experimental en ratones ha demostrado que logran disminuir la concentración de alcohol en sangre hasta eliminar los efectos de las borracheras. En conjunto, dado que las aplicaciones en el ámbito alimentario han comenzado a ser tantas y tan variadas, la Autoridad Europea en Seguridad Alimentaria (EFSA) y la Agencia de EE.UU. de Fármacos y Alimentos (FDA) están articulando una abundante normativa (también en desarrollo en otros países) para evaluar y regular las aplicaciones de la nanotecnología en agricultura y alimentación.
En la interfase entre la alimentación y la cultura nos encontramos con la gastronomía, un ámbito en el que la nanotecnología permitirá en breve desarrollar «alimentos interactivos» o «programables» gracias a la incorporación de nanocápsulas similares a las descritas, pero que en este caso contendrán una serie de aditivos capaces de proporcionar diferentes características organolépticas a un mismo alimento base. Dichas sustancias se podrán liberar mediante el aumento de temperatura o de presión (o incluso aplicando campos magnéticos externos), de forma que según el tratamiento al que sometamos al alimento podremos sorprendernos con los distintos sabores encerrados (nunca mejor dicho) en él. Varias empresas del sector de la alimentación han mostrado su interés por desarrollar este nuevo tipo de alimentos, que sin duda superarán en posibilidades a lo que hasta ahora se ha logrado con la llamada «gastronomía molecular». Así, gracias a la nanotecnología, el interés de cocineros como Ferrán Adrià o Pierre Gagnaire por combinar la gastronomía con los avances científico-técnicos puede producir resultados aún más creativos y sorprendentes. Como postre para esta incursión en el mundo de la gastronomía comentaremos que el restaurante Serendipity 3 de Nueva York entró en 2008 en el Libro Guinness de los récords por ofrecer el dulce más caro del mundo: el helado llamado Frozen Haute Chocolate. Este postre está preparado con, entre otros ingredientes, 28 tipos de cacao llegados desde catorce países del mundo. Pero lo más sorprendente es que además contiene 5 g de «oro comestible» de 23 kilates, incluyendo fragmentos de láminas micrométricas de este metal (el «pan de oro» usado en artes decorativas desde hace siglos) y «nanoescamas» (Figura 8.5). El precio de este helado es de 25 000 dólares por ración, superando con creces al Golden Opulence Sundae, otro helado con oro que el mismo restaurante ofrece desde 2005 por «sólo» 1000 dólares. Sin duda, este manjar habría sido el elegido por Diana de Poitiers para terminar una romántica cena con su amante.
FIGURA 8.5. Una ración de Frrozen Haute Chocolate, en su (como no podía ser menos) lujosa presentación: un auténtico broche de oro para cualquier experiencia gastronómica (imagen tomada de http://www.serendipity3.com).
La nanotecnología también proporciona materiales que resultan muy útiles en las artes plásticas y decorativas. De hecho, como ya se comentó en el Capítulo 6, la presencia de nanopartículas metálicas en los pigmentos empleados para colorear el vidrio utilizado en las vidrieras artísticas ha producido resultados bellísimos desde la Edad Media. En la actualidad, el desarrollo de distintos tipos de nanopartículas es muy útil para la pintura, ya que dotan a los pigmentos de mayor resistencia y durabilidad. Además, se está trabajando con nanomateriales que permiten a los recubrimientos modificar su color, luminosidad o reflectividad en función de cambios controlables en la temperatura, presión o iluminación incidente, o bien mediante la aplicación de una pequeña corriente eléctrica. La artista japonesa S. Kodama utiliza en sus obras ferrofluidos formados por nanopartículas magnéticas que permiten dar forma a hermosas esculturas líquidas que evolucionan en presencia de campos magnéticos. Las aplicaciones técnicas y creativas que estos avances podrán tener en pintura y escultura son inagotables, ya que una obra de arte podrá adaptarse al espacio en el que se encuentra y también interaccionar con el espectador. Además, los desarrollos de la nanoelectrónica seguirán proporcionando nuevos soportes a los creativos que trabajan en «arte digital», dadas las enormes posibilidades que los nanodisposotivos ofrecen tanto a los artistas como al público que contempla/recrea la obra.
Por último, en arquitectura e ingeniería los nuevos nanomateriales que combinan ligereza con gran resistencia permiten construir estructuras mucho más arriesgadas e imaginativas que las realizadas con materiales convencionales. Todas las ventajas que ya aporta la fibra de carbono (un material basado en el mundo micrométrico) podrán incrementarse extraordinariamente con el uso de nanotubos de carbono, grafeno u otros nanomateriales. Con ellos será posible obtener nuevos cementos y hormigones, más ligeros y con prestaciones espectaculares. Un nuevo mundo de posibilidades constructivas y creativas se abre ante nosotros, cuyos límites quizá solo dependan de la imaginación de arquitectos e ingenieros.
Como conclusión de este apartado, resulta evidente que numerosos y variados nanoproductos están llegando al mercado desde hace algunos años. No obstante, hasta el momento existe un sesgo hacia las aplicaciones pasivas de los nanoproductos, que se benefician de las mejoras que producen en las características físico-químicas de los materiales, como su resistencia, dureza o hidrofobicidad. Mientras que en cosmética ya abundan los nanoproductos disponibles comercialmente, en los campos de la medicina y la alimentación éstos van llegando a nuestras vidas con un cierto retraso debido a la estricta normativa y control que deben aplicarse. Y en otros ámbitos como los de la electrónica y las tecnologías de la información (ver Capítulo 5) aún estamos lejos de que los nanoproductos basados en nanotubos de carbono, grafeno o moléculas tomen el relevo de la nanotecnología basada en silicio. No obstante, durante los próximos años probablemente se acelerará el ritmo de llegada de todos los nanoproductos desde el laboratorio al escaparate.
8.7. El nanomundo en la cultura
La ciencia y la tecnología no son nunca disciplinas aisladas de todos los procesos que ocurren en la sociedad en la que se desarrollan, sino que forman parte de la realidad cultural de cada época. De hecho, cada vez es más frecuente (y necesario) el diálogo entre los tres pilares sobre los que se asienta ese edificio que denominamos cultura: las humanidades, las artes y las ciencias. Esta idea está en la base de un movimiento que triunfa dentro y fuera de la red, conocido como «Tercera Cultura» o «Cultura 3.0». Sin profundizar en los fundamentos teóricos que subyacen a este diálogo interdisciplinar, algo que sí resulta evidente es que cada vez hay mayor permeabilidad entre los avances científicos y el resto de la cultura. Y esto es especialmente cierto en el caso de la nanociencia y la nanotecnología. En primer lugar, porque muchos de los nanomateriales o nanodispositivos producidos se pueden incorporar al proceso de obtención de diferentes productos culturales, tal como se ha mostrado en la sección anterior para el arte, la moda o la gastronomía.
Además, la ciencia supone una inagotable fuente de inspiración para disciplinas como las artes plásticas, la literatura, el cine o el cómic. En esa línea, ya el poeta romántico inglés Samuel T. Coleridge decía que solía asistir a clases de química en la Real Institución de Londres simplemente «para enriquecer su repertorio de metáforas». En este ámbito las posibilidades que ofrece la nanotecnología resultan evidentes, ya sea para plasmar artísticamente los fascinantes territorios del nanomundo, para imaginar viajes a través de él, o para proponer nanorrobots con capacidades inquietantes y que podrían incluso originar una nueva raza inmortal.
Algunos de los nanopaisajes que sirven de inspiración a muchos artistas, y que permiten establecer conexiones entre las artes plásticas y la nanotecnología, se dan a conocer en el concurso internacional de imágenes de microscopía de campo cercano (SPMAGE), o en el certamen español FOTCIENCIA convocado anualmente por la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). En varias de estas imágenes descubrimos montañas escarpadas, lagos imposibles en los que se reflejan planetas en miniatura, enigmáticas formaciones cilíndricas apiladas formando curiosas geometrías, estructuras perfectas que se repiten hasta perderse en el horizonte, cuevas misteriosas, escamas, laberintos. Un ejemplo de estos nanopaisajes se muestra en la Figura 8.6. Los artistas que se inspiran en la nanotecnología nos descubren formas insospechadas. Y algo mucho más sugerente: nos permiten pasear por la piel de la materia.
En la literatura y el cine, la ciencia ficción se ha nutrido de imágenes del nanomundo y referencias a la nanotecnología desde antes incluso de que este campo de investigación se conociera como tal. Así, con la ventaja de no requerir científicos ni tecnólogos de por medio, la imaginación de los creadores ha tomado ideas de la nanotecnología para «construir» sensores diminutos y ultrasensibles, sofisticadas prendas inteligentes, impresionantes sistemas de comunicación y, por supuesto, nanorrobots capaces de actuar sin piedad contra sus objetivos. Ejemplos de todo ello se pueden encontrar en libros y películas como Hulk, Inteligencia artificial, La era del diamante, Manual ilustrado para jovencitas, Minority report, Prey, Spiderman, Spy kids, Stargate, Star Trek: The Next Generation, The Tuxedo, Terminator 3, Yo robot, etc.
FIGURA 8.6. Imagen titulada «Nanopartículas de oro formando redes multiescala sobre silicio», obra del Dr. Mathew Blunt (Universidad de Nottingham, Reino Unido), finalista de la edición del año 2007 del concurso SPMAGE (http://www.icmm.csic.es/spmage/).
Sin duda alguna, las películas que se inspiran en los avances de la nanotecnología tienen dos antecedentes en el cine clásico. Así, en el final de El increíble hombre menguante, dirigida por Jack Arnold en 1957, el protagonista se adentra en el micro- y el nanomundo y continúa, muy a su pesar, un intrigante viaje hasta lo infinitamente pequeño. Dos años después, no sabemos si movido por esta sugerente imagen además de por su tremenda intuición, Richard P. Feynman acuñaría su famosa frase «There’s plenty of room at the bottom». Y en 1966, mucho antes de que la nanotecnología se convirtiera en un campo de trabajo, R. Fleischer dirigió una cinta llamada a convertirse en obra de culto: Viaje alucinante. Esta película imaginaba submarinos que son miniaturizados hasta el tamaño de auténticos nanorrobots (tripulados por nanohumanos, lógicamente) capaces de entrar en el cuerpo de un científico y destruir un coágulo formado en una arteria de su cerebro. La obra es, además de muy entretenida, un ejemplo de cómo a veces la imaginación y el arte se adelantan a lo que luego puede convertirse en un reto para la ciencia, algo que Julio Verne nos había enseñado ya en el siglo XIX. En cualquier caso, como se comenta en el Capítulo 7, afortunadamente los nanosubmarinos y nanorrobots que ahora se están proponiendo desde los laboratorios no van a requerir más «tripulación» que los fármacos que lleven en su interior. En la Figura 8.7 se muestran los carteles de estas dos películas clásicas y también de dos de las cintas actuales que más relación tienen con la nanotecnología.
FIGURA 8.7. Carteles originales de las películas El increíble hombre menguante (Jack Arnold, 1957), Viaje alucinante (Richard Fleischer, 1966), Minority report (Steven Spielberg, 2002) y The Amazing Spider-Man (Marc Webb, 2012).
Algunas series de televisión, como Ben 10, Jake 2.0 o Super Agente Cody Banks, videojuegos como Red Faction o Resident Evil 4, o juegos online como el titulado OGAME alimentan la fascinación de los más jóvenes por la nanotecnología. Además, muchos dibujantes de cómics se basan en materiales o dispositivos provenientes del nanomundo, que al interaccionar con la siempre ocurrente imaginación del autor permiten proponer aventuras y personajes que por lo general tienen a los nanorrobots como protagonistas. En esos casos, el repertorio de nanomáquinas y nanodispositivos se desborda por completo. Sin embargo, una crítica general que se puede hacer desde la ciencia a estos nanorrobots ficticios es que los reales, cuando lleguen, serán necesariamente mucho más sencillos y elegantes: agregados de moléculas que en absoluto nos recordarán el aspecto de las máquinas y aparatos variopintos del mundo macroscópico que nos rodea. El trabajo de los investigadores, inspirado por la naturaleza y siempre situado en la interfase entre el rigor del método científico y el vuelo de la creatividad, producirá resultados que hoy no podemos ni siquiera soñar. La realidad, una vez más, superará a la ficción.