NANOTECNOLOGÍA: LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL DEL SIGLO XXI

 “Al fondo hay mucho sitio”. Esta expresión nos resulta cotidiana a casi todos nosotros, conocemos su significado e, incluso, la hemos escuchado o pronunciado en más de una ocasión. Sin embargo, cuando, en un juego de palabras, el Premio Nobel de Física Richard Feynman (New York, 1918-Los Angeles, 1988), considerado como el “padre de la Nanotecnología”, la pronunció en una de las conferencias más famosas de la Historia de la Física (“There´s plenty of room at the bottom”; California Institute of Technology, Pasadena, 29 de diciembre de 1959) quería transmitir un mensaje sorprendente:

la posibilidad de manejar las cosas más allá de las fronteras de la Física, a escala molecular, atómica y subatómica, lo que podría reportar beneficios increíbles a las sociedades presentes y futuras. Con la disertación de este estadounidense se establecieron las bases de un nuevo campo científico, considerado por la comunidad científica internacional como uno de los más “innovadores y ambiciosos” proyectos de la Ciencia Moderna: la Nanotecnología (término acuñado en 1974 por el japonés Taniguchi Norio; el prefijo «nano» deriva del griego «nannos», que significa enano). La Nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación controlada y aplicación de sustancias, materiales, aparatos, dispositivos y sistemas funcionales a través del control de la materia a escala nanométrica (esto es, entre 1 y 100 nanómetros) (Nanotecnologica.com).

El tamaño sí importa: ¿por qué es tan importante lo pequeño? Para comprender la escala a la que trabaja la Nanotecnología conviene recordar que un nanómetro (nm) es la mil millonésima parte de un metro, así como ofrecer datos sobre algunas dimensiones: ácaro (100.000 nm),  eritrocito (10.000 nm), bacteria (1.000 nm), herpesvirus (100 nm), poliovirus (10 nm), hebra de ADN y nanotubo de carbono (1 nm) y átomo de hidrógeno (0,1 nm). Por lo tanto, el tamaño sí importa, y mucho, ya que la Nanotecnología trabaja a nano escala, átomo por átomo o molécula por molécula, es decir, a la misma escala a la que trabaja la Naturaleza, lo que permite a los científicos atrapar y situar átomos y moléculas en posiciones determinadas y fabricar artefactos (estrategia Bottom-Up o “de abajo a arriba”) con una precisión de unos pocos átomos (aproximadamente, 1 nm equivale a 10 átomos de hidrógeno en línea). De este modo, los científicos pueden adentrarse en el nanomundo y descubrir fenómenos y propiedades de la materia hasta ahora desconocidos, que permiten el desarrollo de numerosas nanoaplicaciones que pueden resultar de una extraordinaria importancia. En este sentido, entre los campos de aplicación de la Nanotecnología se incluyen los siguientes: exploración espacial (nanotubos de carbono para cables y estudios cartográficos, robots, naves y ascensores espaciales, tejidos autorreparables, etc.), tecnologías de la comunicación e informática (sistemas de almacenamiento de datos de muy alta densidad de registro, nuevas tecnologías de visualización a base de plásticos flexibles, semiconductores,  nanochips, computadoras casi invisibles, computación cuántica, etc.), sector energético (mejora del almacenamiento y producción de energía, desarrollo de energías alternativas y limpias, energía del hidrógeno, pilas de combustible, dispositivos de ahorro energético, etc.), medicina y farmacia (técnicas de diagnóstico, detección y análisis basadas en nanochips, nanosistemas para la administración localizada y gradual de fármacos o vacunas, nanotubos de carbono y otros dispositivos para luchar contra el cáncer, diseño y desarrollo de nuevos fármacos, eliminación de microorganismos patógenos, desarrollo de células artificiales, mejora en la compatibilidad de implantes, desarrollo de nanomateriales para la ingeniería tisular y la terapia génica y celular, instrumental de mayor precisión, corrección de déficits auditivos y visuales, etc.), medioambiente (desarrollo de energías, materiales y procesos no contaminantes, depuración y desalinización del agua, prevención de la erosión del suelo, reducción de la extracción de minerales, detoxificación de los suelos,  detección de gases tóxicos, etc.), industria textil (tejidos “inteligentes”, autolimpiables, antiolores, antimanchas, reguladores de su temperatura, ignífugos y que cambian de color, eliminación de contaminantes o alérgenos, etc.), construcción y arquitectura (nanomateriales más ligeros y resistentes, pinturas especiales, vidrios que repelen la humedad, el polvo y la suciedad, hormigones “inteligentes”, materiales autorreparables, superficies antihumedad y antipintadas, etc.), agricultura (mejora de la producción, agricultura de precisión, “Nanotecnología verde”, plaguicidas, herbicidas, invernaderos, reducción del empleo de agua, suelo, fertilizantes y fitosanitarios, detección de niveles de agua, nitrógeno, plagas, polen y agroquímicos, etc.), ganadería (nanochips para la identificación animal, nanopartículas para la administración de fármacos o vacunas, detección de enfermedades mediante nanosistemas, etc.), electrónica (semiconductores, cables cuánticos, circuitos con nanotubos de carbono, etc.), cosmética (cremas solares, maquillajes, cremas antiarrugas, etc.), industria militar, industria automovilística, seguridad personal y vial, higiene y Salud Pública, deportes, espionaje, reducción de la brecha digital, etc.

 

La Nanotecnología en la industria alimentaria. La Nanotecnología Alimentaria se encuentra aún en fase de “despegue”; no obstante, ya es posible vislumbrar su extraordinario impacto en la moderna industria alimentaria debido a sus numerosas y diversas aplicaciones, entre las que destacan por su interés las siguientes: aseguramiento de la calidad y seguridad alimentarias (biosensores: nanochips, microarrays, nariz y lengua electrónicas; análisis de composición, estimación de la vida útil y frescura, detección y neutralización de microorganismos alterantes y patógenos, aditivos, fármacos, toxinas, metales pesados, plaguicidas, fertilizantes y otros contaminantes abióticos; detección de factores antinutricionales y alérgenos, etc.), control de procesos (biosensores: nariz y lengua electrónicas), envases activos, nanoenvases, nanoetiquetado miniaturizado, desarrollo de nuevos alimentos (nanoalimentos y “gastronomía molecular”), alimentos interactivos, alimentos funcionales, alimentos más saludables, nutritivos y/o con mejores características organolépticas y reológicas, mejora de la productividad y reducción de costes, etc..

 

La Nanotecnología en el mundo: la situación en Europa y España. De todo lo expuesto anteriormente es fácil deducir que sumergirse en algo tan pequeño como el nanomundo puede ejercer una influencia decisiva en algo tan grande como el macromundo, en otras palabras: “pequeñas soluciones a grandes problemas”. A este respecto, las inversiones públicas millonarias en Nanotecnología realizadas por EE.UU., Japón, China y Europa ponen de manifiesto que la investigación del nanomundo es considerada una macroárea estratégica por las potencias mundiales. Como ejemplo, el presupuesto del Gobierno Federal de EE.UU. para el periodo 2005-2008 asciende a 3.700 millones de dólares y la dotación presupuestaria de la UE para 2007-2013 se eleva a 4.800 millones de dólares (“Hacia una estrategia europea a favor de las nanotecnologías”; Comunicación de la Comisión Europea, COM [2004] 338 final). Además, según se desprende de un estudio realizado por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE) y Allianz Group, el mercado de la Nanotecnología generará en 2014 unos ingresos de 2,6 billones de dólares en todo el mundo (Euroresidentes.com). No obstante, este informe también destaca que los inversores privados no han olvidado aún lo sucedido con el boom de las “empresas puntocom” y temen que se produzca una nanoburbuja. Respecto a la situación española, la Comunicación de la Comisión Europea revela que somos el país europeo con menor gasto per cápita en Nanotecnología, incluidos los nuevos socios (EU-25),  con una cifra de 0,039 euros frente a los 5,6 de Irlanda, el país de Europa que más invierte en esta tecnología. No obstante, a pesar de la escasa financiación, tanto pública como privada, los nanotecnólogos españoles se encuentran entre los más destacados del mundo, compitiendo en campos como la nanobiología con grupos de investigación de países mucho más desarrollados que el nuestro. En este sentido, con el objetivo de impulsar la Nanotecnología en España y acercar el nanomundo a la sociedad, se ha creado la red NanoSpain, coordinada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación PHANTOMS, que es la mayor Red de Nanotecnología del panorama científico español y que cuenta actualmente con la presencia de 189 grupos de investigación (y más de 1.000 investigadores) pertenecientes a instituciones públicas, universidades, CSIC, parques científicos, centros tecnológicos y empresas.

 

Hacia otra revolución industrial. Teniendo en cuenta, entre otras consideraciones,  las extraordinarias e importantes implicaciones tecnológicas, industriales, socio-económicas, energéticas, medioambientales, agroalimentarias y sanitarias de la Nanotecnología y considerando además que sus aplicaciones a medio y largo plazo son prácticamente infinitas y que probablemente sólo están limitadas por la capacidad imaginativa de los científicos, no resulta sorprendente que Charles M. Vest’s (ex-Presidente del Massachusetts Institute of Technology, MIT, Cambridge) anunciase que la Nanotecnología conduciría a una tercera revolución industrial en el siglo XXI (Londres, 14 de febrero de 2001). Si los más de 40 años transcurridos desde su conferencia han dado la razón a Richard Feynman acerca del increíble potencial de la Nanotecnología, aún habrá que dejar pasar varios años para comprobar si se cumple o no la premonición de Charles M. Vest’s sobre su carácter revolucionario para la sociedad del siglo XXI. En cualquier caso, aún se está a tiempo de intentar conseguir que esta incipiente revolución nanotecnológica se desarrrolle de forma racional y responsable, sin olvidar la relación beneficio-riesgo, y que se aplique para mejorar la calidad de vida de las sociedades actuales y de las generaciones venideras. Y esto es así porque no se debe olvidar que, como para cualquier otra tecnología, la bondad o maldad de la Nanotecnología dependerá de las aplicaciones y fines a los que se destine.

 

Una vez introducidos en el mundo de la Nanotecnología, en un próximo nanoblog se tratarán específicamente sus aplicaciones en la industria alimentaria y se recopilarán y describirán las principales herramientas nanotecnológicas relacionadas con la calidad, el control de procesos y la seguridad de los alimentos, tanto las que se encuentran en el mercado actualmente como las que previsiblemente estarán disponibles a corto y medio plazo.

 

Luis M. Cintas Izarra1

Departamento de Nutrición, Bromatología y Tecnlogía de los Alimentos

Facultad de Veterinaria

Universidad Complutense de Madrid (UCM)

 

1El autor agradece a los alumnos de “Higiene, Inspección y Control Alimentario” de la Licenciatura de Veterinaria (Facultad de Veterinaria, UCM) y de “Higiene Alimentaria” de la Diplomatura de Nutrición Humana y Dietética (Facultad de Medicina, UCM) la información recopilada en sus excelentes trabajos-seminarios sobre Nanotecnología Alimentaria realizados durante los cursos académicos 2004/05 y 2005/06.

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