Imaginemos por un segundo que tenemos en nuestras manos un cabello, si un cabello humano. Ahora trata de ver el grosor que este tiene, muy pequeño, ¿verdad? Ahora imagina que tienes un instrumento capaz de dividir dicho grosor en 1.000.000.000 de partes…, si en mil millones de pedazos, walá… Bienvenido al mundo nanométrico (1nm = 0,000000001 metros).
La nanociencia como área de estudio, comenzó abrirse paso por 1989 cuando Donald M., físico de IBM, consiguiera escribir el nombre de la compañía mediante el arreglo de átomos individuales de Xenón. No obstante, Richard Feyman, científico americano, profetizó durante un congreso en 1959 que el hombre sería capaz de escribir en un cubo de un par de pulgadas de ancho toda la información contenida en todos los libros del mundo. Aunque esa afirmación lo llevó a ser objeto de serias críticas, lo cierto es que tan solo 50 años después no solo esa idea no parece ser tan descabellada, sino que en cierta medida la hemos superado.
En la actualidad, el uso del término “nanotecnología” es empleado con mayor frecuencia en la vida cotidiana para hacer referencia a nuevos productos y nuevas aplicaciones, entre algunas de ellas destacan: protectores solares, cristales de lentes de sol, pinturas para exteriores, procesadores más potentes, entre otras. A pesar de que es un área relativamente joven, su carácter multidisciplinario y con especial relevancia social y científica la ha catapultado a ser considerada como el motor de una nueva revolución industrial.
Desde 1989 a la actualidad, más de 1 millón de artículos de investigación científica se han producido en el mundo con relación a la nanotecnología, esto es, unos 220 artículos por día, increíble, pero cierto. Cronológicamente, el interés sobre las propiedades y aplicaciones del tamaño “nano” ha trascendido diferentes campos del conocimiento, pasando desde la medicina, biología, ingeniería, materiales, e incluso alimentación, entre muchos otros. La verdad no parece tener límites.
Figura1: Número de publicaciones científicas producidas durante 1990-2017. Término de búsqueda: Nanoscience & Nanotechnology, fuente: Scopus.
La importancia del uso de materiales a tamaño nanométrico ha despertado el interés de todas las ramas de la ciencia, no solo debido propiamente al tamaño en sí mismo, sino en una serie de efectos que son derivados cuando la materia pasa a tener tamaños tan pequeños (entre 1-100 nm), y en algunos casos de casi de un átomo. Entre algunas de las propiedades podemos mencionar: mayor área superficial relativa, reactividad, confinamiento cuántico, entre otras.
Para comprender un poco mejor el significado de, por ejemplo, área superficial, imagina un cubo de 1 m de lado, es fácil determinar que el área total de dicho cubo es de 6 m2 (base x ancho x número de lados). Ahora, ese mismo cubo de 1 m de lado divídelo en 8 cubos iguales, cada uno de 0,5 m de lado, el resultado es que si sumamos el área de los 8 cubos el área será de 12 m2. Es decir, a medida que dividimos en un mayor número de cubos el original, el área superficial aumenta. Si continuamos con este proceso hasta llegar a la escala nanométrica y hacemos que cada cubo sea de 1 nm de lado (1 nanómetro = 1×10-9 metros), el área superficial se habrá transformado de 6 m2 a 6.000 km2, impresionante, ¿verdad?
Al disminuir el tamaño de la partícula (cubo) se consigue un incremento en el área superficial (como ya vimos), así como un incremento muy importante en el número de átomos en la superficie, con relación al número en el interior de la misma. Esta variación introduce elevada reactividad de los átomos que se encuentran en la superficie debido a su bajo número de coordinación (los átomos en la superficie están con un menor número de enlaces y por tanto aumenta su tendencia a reaccionar). Dichas características inducen propiedades como:
- Elevada actividad catalítica.
- Capacidad de interacción con microorganismos (tamaños similares).
- Reducción de los puntos de fusión y de ebullición.
- Fluorescencia.
- Cambios en las propiedades mecánicas: dureza, rigidez, flexibilidad, adherencia, fricción, resistencia a tracción y durabilidad elevadas, con una menor densidad.
- Supermagnetismo
- Conductividad eléctrica, entre otras.
A escalas nanométricas, el movimiento de los electrones a través del material queda restringido o confinado, y cuando este es del orden de la longitud de onda del electrón, entonces se le conoce como confinamiento cuántico. Como consecuencia del confinamiento electrónico, las nanopartículas manifiestan propiedades: ópticas, electrónicas, electromagnéticas, magnéticas y eléctricas, diferentes a las partículas de mayor tamaño del mismo material.
Un ejemplo de estos son las nanopartículas de oro. A escala nanométrica dicho material no luce del color amarrillo como tradicionalmente estamos acostumbrados a verlo, de hecho es de color rojo o púrpura. Este efecto se debe a que a tamaño nanométrico el movimiento de los electrones está confinado y, debido a esta restricción, las nanopartículas interactúan de manera diferente con la luz.
Finalmente, la nanociencia y la nanotecnología están presentes en muchos aspectos de nuestras vidas. Por tanto, es importante que los científicos, la academia y los entes gubernamentales creen espacios de debate público, en los que la sociedad civil pueda conocer cómo esta joven rama de la ciencia pueda aportar desarrollo y, por qué no, también dar a conocer cuáles pudieran ser las consecuencias de un uso indebido, impacto en la salud humana así como en el medio ambiente.
¿Estás preparado para la nanorrevolución?