NANOTECNOLOGÍA: EL PODER DE LO PEQUEÑO

El Dr. Luis Hernández de la Universidad de La Habana ha trabajado con gran dedicación este tema; razón por la cual lo tomamos como referente.  De la misma forma que en su época surgieron los términos láser, transistores, chips, microelectrónica, etc., y que actualmente se encuentran incorporados al saber de la Humanidad, el término nanotecnología está apareciendo con frecuencia en los medios de comunicación, en la literatura y en los debates sobre nuestro futuro.

Nanotecnología es una palabra que abarca todo lo relacionado con materiales y dispositivos que operan en el rango del nanómetro (nm), cuya dimensión es la billonésima parte de un metro. El prefijo nano proviene del latín, nanus, y significa enano. En un nanómetro caben entre tres y ocho átomos, y para apreciar esta extensión, basta decir que la longitud de una célula de sangre humana es del orden de dos mil nm y el grosor del cabello humano es de 80 mil nm, los cuales se encuentran fuera del rango de las nanoescalas.  En cambio, un ramal de una molécula de DNA de ancho de 2,5 nm se halla dentro del campo de la nanotecnología.
La disminución de las dimensiones espaciales tiene como objeto central manipular la materia a escala atómica, poder controlar con la suficiente precisión átomos individuales y moléculas para diseñar máquinas microscópicas, electrónica avanzada y materiales inteligentes.  De tal forma que la nanotecnología va más allá de la reducción de los objetos; la aspiración de los científicos es ordenar y estructurar a voluntad la materia a nivel molecular, para alcanzar asombrosas propiedades que puedan utilizarse en el desarrollo de nuevas tecnologías.  La nanotecnología permitirá un alto grado de miniaturización, un consumo mínimo de energía y de materiales para su producción-operación y con ello, imaginarnos a robots que podríamos sostener en la yema del dedo y que trabajaran con la energía que le transmitimos desde nuestros cuerpos.
Aunque las grandes potencialidades de la nanotecnología están en el futuro, ya se han obtenido resultados importantes. Un excelente ejemplo, preferido del mundo nanotecnológico, es el nanotubo de carbono.  En estado natural el carbono aparece como grafito el blando y negro material usado habitualmente en la mina de los lápices y como diamante, ampliamente utilizado en la industria y amado por casi todas las mujeres.  La única diferencia entre los dos es la organización de los átomos.

Los científicos colocan estos en un modelo de red metálica y los enrollan en minúsculos tubos de tan sólo 10 átomos de diámetro, y de esta forma se obtienen los nanotubos, que adquieren algunas características extraordinarias: poseen 100 veces la resistencia del acero con 1/6 de su peso; son 40 veces más fuertes que las fibras de grafito; conducen la electricidad mejor que el cobre, pueden ser conductores o semiconductores; y son excelentes conductores del calor.

Los científicos han propuesto usar los nanotubos en un amplio abanico de aplicaciones: en cables de alta resistencia y bajo peso, como alambres moleculares para la nanoelectrónica; integrados en microprocesadores para ayudar a disipar el calor; y como barras de transmisión y engranajes en nanomáquinas, para mencionar sólo algunos ejemplos.  Los estudios están dirigidos a crear tecnologías que puedan dar lugar a productos utilizables dentro de unos pocos años a una década, como secuenciadores de ADN, microprocesadores superpotentes, pequeños sensores para la prevención del cáncer, etc.

Las nanoestructuras semiconductoras, menores a unas cuantas decenas de nanómetros, han dado lugar a la creación de dispositivos cuyas propiedades están enteramente dominadas por fenómenos cuánticos. Desde mediados del siglo pasado las dimensiones de los dispositivos semiconductores, que se encuentran en los circuitos integrados, se han venido reduciendo. De esto nos hemos beneficiado al tener productos más eficientes, sofisticados y económicos. La industria electrónica ha obedecido la ‘Ley de Moore’ que dice que el número de transistores de un circuito integrado se duplica cada dos años. Un ejemplo de ello son los procesadores Intel que ya disfrutan de algunas características nanométricas al emplear tecnología de 65 nm y muy pronto se usará tecnología de 45 nm que le permitirá colocar más de mil millones de transitores en un módulo de memoria SRAM de 153 megabits.

Los populares MP-3 están siendo sustituidos por los iPod Nano. También se espera que muy pronto se construyan láseres, en base a estructuras nanométricas, para comunicación óptica en el infrarrojo. Nanocristales de CdSe se utilizan en la medicina y en la biología como marcadores. Las nanoestructuras se emplearán como qubits en computadoras cuánticas las cuales resolverán problemas imposibles para las actuales.

Actualmente se proyectan las nanofábricas, que consisten en la utilización de grandes cantidades de máquinas moleculares microscópicas para producir cualquier objeto que se desee, ensamblándolo ¡átomo por átomo!

Una nanofábrica de esta índole podría producir piezas con precisión atómica, lo cual significa que cada átomo dentro del objeto está colocado exactamente en donde corresponde. La pieza resultante sería extremadamente fuerte, y su forma podría estar dentro de la anchura de diseño ideal con no más de un solo átomo de diferencia.  Superficies ultra-lisas no necesitarían limpieza ni lubricación, y prácticamente no sufrirían deterioro por el paso del tiempo.

La biotecnología, una rama de la nanotecnología, se desarrolla también en base a materialesbiológicos empleando máquinas moleculares y funcionales pre-existentes que pueden ser encontradas en toda célula viva: moléculas de ADN, proteínas, enzimas, etc.

Formadas por una evolución de millones de años, estas moléculas biológicas se encuentran ya completamente adaptadas a la manipulación a escala molecular de la materia la razón por la cual una planta puede combinar aire, agua y desechos, y producir una jugosa piña, y el cuerpo de una persona puede convertir la cena de la noche pasada en los nuevos glóbulos rojos de hoy. La reorganización de átomos que hace que todo esto sea posible es llevada a cabo por cientos de enzimas y proteínas especializadas, y el ADN guarda el código para llevar a cabo el proceso. La naturaleza nos ha dado toda esta grande y altamente perfeccionada nanotecnología dentro de los seres vivos, así que ¿Por qué no usarla, e intentar aprender algo de ella?
Seguramente pasarán décadas para alcanzar estas tecnologías futuristas, y es muy probable que la técnica del siglo XXI sea muy diferente de como la imaginamos actualmente. De todas formas, es muy importante que se empiece a pensar ahora en lo que la nanotecnología podría ofrecernos dentro de algunos años.
Considerando que la vida misma es, en cierto sentido, el máximo ejemplo de nanotecnología, las posibilidades son verdaderamente apasionantes.