El avance de la nanotecnología, por Tomás Unger

23/09/2021 07H00

En 1966, la película de ciencia ficción “El viaje fantástico” causó sensación. No solo ganó un Óscar por sus efectos especiales, sino que su premisa popularizó el concepto de la miniaturización.

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Si bien la tecnología para encoger objetos a tamaños microscópicos no existe, y probablemente nunca llegue a existir, en la actualidad contamos con tecnología para construir instrumentos microscópicos que pueden, por ejemplo, entrar al sistema digestivo, como las píldoras, o incluso ser inyectados en la sangre. Se trata de la nanotecnología.

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—Origen—

La idea de la manipulación a escala microscópica, sea de materiales o moléculas orgánicas, circulaba desde la década de los 50, pero solo como un planteamiento teórico. Fue recién en la década de los 70 y 80, con avances en la física, la tecnología de materiales y la microscopía, que convergieron las condiciones necesarias para su desarrollo.

Aunque no existe una definición uniformemente aceptada, en general, se llama nanotecnología al estudio y creación de materiales u objetos cuyo tamaño se mide en micrómetros o micras. Una micra es una millonésima de metro.

—Escala revolucionaria—

La capacidad para crear y manipular materiales a escala microscópica surgió con fuerza en los años 70, especialmente con la fabricación de circuitos integrados de computadoras, y es que la revolución en la computación se dio de la mano con la miniaturización. Surgieron técnicas de microimpresión, que estampan –como un sello– conductores eléctricos de diámetro microscópico sobre un chip. Así, los transistores y circuitos electrónicos se redujeron a tamaños hasta entonces impensables.

Los transistores de los años 50 eran tubos de vacío similares a las bombillas de luz. Cuando en 1971 se logró fabricar microcircuitos con transistores planos metálicos de 10 micras de grosor, el avance en miniaturización parecía estar acercándose al límite; pero era solo el comienzo: hoy se está preparando la producción de microchips con transistores tres mil veces más pequeños. La reducción de grosor permite poner capas de transistores una encima de otra, por lo que un microchip de un centímetro cuadrado puede tener más de mil millones de transistores.

“La nanomedicina promete avances revolucionarios, desde la detección de enfermedades hasta la administración de fármacos”

Avances en la nanotecnología han permitido también desarrollar la micromecánica: la construcción de dispositivos microscópicos, en su mayoría sensores electrónicos y dispositivos que mueven o activan un circuito para realizar una acción. Un ejemplo de micromecanismos son los sensores de las bolsas de aire de los autos, que detectan impactos por cambios súbitos de movimiento y presión, lo que activa el detonador que infla las bolsas, casi instantáneamente.

—Nanoescala—

No hay una frontera rígida entre micro y nanotecnología. Una definición aceptada de esta última es el estudio y creación de materiales u objetos que tienen entre 1 y 100 nanómetros de tamaño.

Un nanómetro (nm) es una milmillonésima parte de un metro (10-9 m); es decir, una millonésima de milímetro, mil veces menos que un micrómetro. Para dar una escala de comparación, si una canica representara un nanómetro, un metro sería del tamaño de la Tierra.

Una característica importante de la nanotecnología es que opera a niveles moleculares e incluso atómicos. Cuando se manipulan materiales a esa escala, se aprovechan propiedades que permiten la creación y fabricación de nuevos productos.

—Pasado—

Esta manipulación a escala atómica o molecular era un objetivo puramente teórico cuando el físico estadounidense Richard Feynman (1918-1988) la propuso en 1959. Habló de la posibilidad de usar impulsos eléctricos, campos magnéticos y rayos de luz como herramientas. Se basó en principios de la física de partículas, la mecánica cuántica y la superconductividad electrónica.

En 1974, el científico japonés Norio Taniguchi, especialista en la aplicación de rayos de energía –como el láser– y microondas, acuñó el término nanotecnología, y predijo que en la siguiente década se lograría afectar y manipular materiales a escalas menores de 100 nm.

Dos inventos fueron esenciales para el desarrollo de la nanotecnología: el microscopio de efecto túnel (STM, por sus siglas en inglés), que toma imágenes a nivel atómico, y el microscopio de fuerza atómica (MFA).

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—Presente y futuro—

Hoy, la nanotecnología se aplica principalmente en la producción de nuevos materiales, desde acero microestructurado, hasta titanio enroscado para mayor resistencia y ductilidad. Se están desarrollando telas que no absorben agua y diodos de luz (LED) de forma más eficiente, así como camisas con nanosensores entrelazados a las fibras para monitorear el ritmo cardíaco. Por otro lado, la nanomedicina promete avances revolucionarios, desde la detección de enfermedades hasta la administración de fármacos.

Desde la primera conferencia internacional de nanotecnología (1990), los avances han sido vertiginosos. Estados Unidos, Japón, la Unión Europea y China han identificado la nanotecnología como prioridad nacional, invirtiendo miles de millones. México es líder en Latinoamérica, con el Centro de Investigación de Materiales Avanzados.

El Plan Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación 2006-2021 del Concytec identifica el desarrollo de nanomateriales como central. Sin embargo, se necesita invertir en crear y equipar centros de investigación.

Ya no se puede decir que la nanotecnología está en pañales. Pero quizás podemos decir que está en su infancia, porque no se sabe cuánto llegará a crecer.