Bienvenidos al nanomundo

El lema apropiado podr¨ªa ser: "Est¨¢ pasando? Pero no lo est¨¢s viendo". Nos encontramos en un laboratorio de la Universidad Aut¨®noma de Madrid (UAM), un laboratorio de nanotecnolog¨ªa, t¨¦rmino de moda hace ya tiempo en la ciencia y la ciencia-ficci¨®n y que pronto invadir¨¢ tambi¨¦n, previsiblemente, ambientes no cient¨ªficos. Nanotecnolog¨ªa suena a robots min¨²sculos, a chips pr¨¢cticamente invisibles, a m¨¢quinas diminutas que se construyen a s¨ª mismas. Pero aqu¨ª hay poco glamour futurista: s¨®lo un par de ordenadores y un dispositivo irreconocible montado sobre una mesa. Con este ¨²ltimo est¨¢ trabajando Silvia Horme?o, becaria de doctorado, mientras un monitor nos muestra a cuatro testigos lo que est¨¢ ocurriendo en el coraz¨®n del instrumento. Al menos hasta donde es posible verlo. La pantalla revela la imagen muy aumentada, en blanco y negro, de un tubito puntiagudo con una peque?a esfera en un extremo. Horme?o manipula para aproximar despacio la esfera a otra bolita similar que permanece quieta, y antes de que ambas se toquen vuelve a alejarlas. Repite la operaci¨®n un par de veces. "Nada. A ver si es una bola calva?", dice Ricardo Arias Gonz¨¢lez, visitante posdoctoral en la UAM. "?Ya est¨¢!". Durante unos instantes la esfera fija sigue a la del tubo en sus movimientos, como arrastrada por un hilo invisible; de repente, una peque?a vibraci¨®n y la bola vuelve a su posici¨®n inicial. "Eso es que se ha roto. Hay que probar otra vez".

La nanociencia promete nuevos materiales de construcci¨®n y 'balas m¨¢gicas' que gu¨ªen a los f¨¢rmacos s¨®lo a sus objetivos

"En lugar de hacer crecer un ¨¢rbol, talarlo y fabricar una mesa, seremos capaces de hacer crecer directamente la mesa"

Las propiedades de una sustancia pueden cambiar en la nanoescala. El carbono se vuelve m¨¢s fuerte que el acero

Ya hay ONG que advierten de las peligrosas consecuencias de manipular el 'nanolego' de la naturaleza

Est¨¢ pasando, pero no lo est¨¢s viendo. Las im¨¢genes en la pantalla dan pistas de lo que sucede entre las dos bolas, pero s¨®lo pistas. Lo que ocurre de verdad no se puede ver, no de la manera en que vemos un perro o una bacteria. Son procesos que ocurren a una escala de millon¨¦simas de mil¨ªmetro, de una sola mol¨¦cula: algo demasiado peque?o como para que la luz visible pueda iluminarlo, as¨ª que ni el mejor microscopio basado en esta luz lo puede mostrar. La onda de la luz visible tiene un grosor de 380 nan¨®metros, o sea, no cabe, por as¨ª decir, en el mundo de las mol¨¦culas. Pero hay otras formas de penetrar en el universo de lo min¨²sculo. En el experimento anterior ambas esferas son part¨ªculas neutras de poliestireno, cada una de dos mil¨¦simas de mil¨ªmetro (micras) de di¨¢metro; la que est¨¢ quieta tiene pegadas a su superficie varias hebras de ADN -ha sido preparada para que las tenga, aunque podr¨ªa ser que algo hubiera salido mal y la bola estuviera "calva"-. Al acercar ambas part¨ªculas, Horme?o est¨¢ tratando de que ambas queden enganchadas por una de esas hebras de ADN, y eso es efectivamente lo que pasa durante los instantes en que una arrastra a la otra. Este instrumento, llamado pinzas ¨®pticas, permite a los f¨ªsicos estudiar, entre otras muchas cosas, la fuerza necesaria para romper una mol¨¦cula, cu¨¢nto es capaz de estirarse, c¨®mo interacciona con otras?

No es como sacar una foto, como ver, pero es otra forma muy eficaz de obtener informaci¨®n de un sistema. ?Por qu¨¦ es importante? El ADN mide unos dos nan¨®metros de ancho -dos millon¨¦simas de mil¨ªmetro-; hasta hace poco no hab¨ªa sido posible estudiar aisladamente una ¨²nica mol¨¦cula de ADN. Cuando los bi¨®logos trabajan con ADN lo hacen con much¨ªsimas mol¨¦culas, no con una sola. Y hay una enorme diferencia. Trabajando con una sola mol¨¦cula se puede entender por qu¨¦ es como es, por qu¨¦ hace lo que hace.

Un cambio de enfoque es sobre todo lo que ofrece la ciencia de lo nano, de lo que ocurre a escalas de millon¨¦simas de mil¨ªmetro. Muchos han anunciado este cambio como revolucionario en much¨ªsimos ¨¢mbitos, no s¨®lo en el biol¨®gico. La nanociencia promete chips tan peque?os que se podr¨¢n llevar en la ropa, embebidos en el tejido. Promete nuevos materiales y t¨¦cnicas de construcci¨®n. Promete balas m¨¢gicas que gu¨ªen a los f¨¢rmacos s¨®lo hasta las c¨¦lulas que los necesitan. En realidad, los m¨¢ximos promotores de la nanociencia dicen que se podr¨¢ hacer casi de todo, ya sean trajes flexibles pero impenetrables, m¨¢quinas descontaminantes o materiales capaces de multiplicar enormemente la eficacia de las c¨¦lulas solares fotovoltaicas. En 1986, Eric Drexler -charlat¨¢n visionario para unos, eficaz divulgador para otros- imagin¨® y publicit¨® un futuro ut¨®pico con nanorrobots autorreplicantes capaces desde construir un edificio hasta patrullar por el cuerpo humano para repararlo desde dentro. Esa visi¨®n tuvo mucho ¨¦xito y puede que sea el ingrediente principal de ese futurismo hollywoodiano que el t¨¦rmino nanotecnolog¨ªa evoca en el p¨²blico.

Pero, Drexler o no Drexler, en general hasta los m¨¢s comedidos admiten hoy que de la manipulaci¨®n del nanomundo derivan muchas aplicaciones potenciales. "Las perspectivas que abre la nanotecnolog¨ªa son impresionantes, y ser¨¢ posible, a lo largo de las dos pr¨®ximas d¨¦cadas, obtener potenciales avances que ahora parecen de ciencia-ficci¨®n", escriben en un informe los expertos de la red espa?ola de investigaci¨®n en nanotecnolog¨ªa, Nanospain. "Est¨¢ claro que la lista de aplicaciones es muy grande y que el impacto en la sociedad ser¨¢ decisivo. La implantaci¨®n de la nueva forma de pensar es tan arrolladora que las diversas comunidades cient¨ªficas se han apresurado a bautizar algunas de las parcelas donde trabajaban con nombres donde el prefijo nano es el indicador de este cambio de tendencia. Ya se habla de nanoqu¨ªmica, nanomedicina, nanomec¨¢nica, nanomagnetismo, nanobiolog¨ªa, nanobiotecnolog¨ªa, nanoelectr¨®nica? Estamos saliendo de la era de lo micro y entrando en la era de lo nano".

Las fuertes inversiones en lo nano de Estados Unidos, Jap¨®n y Europa demuestran que la nanotecnolog¨ªa se toma muy en serio. El presupuesto de George W. Bush para 2007 destina 1.200 millones de d¨®lares a la Iniciativa Nacional en Nanotecnolog¨ªa, establecida en 2001. En la UE, nanotecnolog¨ªa es una macro¨¢rea de investigaci¨®n calificada de estrat¨¦gica que recibe 1.300 millones de euros (casi el 7,5%) del actual Programa Marco de Investigaci¨®n (2004-2006). Para 2007-2013 se ha propuesto una inversi¨®n de 4.800 millones de euros. Los inversores, por su parte, no olvidan que el gran boom de la gen¨¦tica y la biotecnolog¨ªa pill¨® a muchos por sorpresa, y no est¨¢n dispuestos a que vuelva a pasar. La nanotecnolog¨ªa se les ha presentado como la pr¨®xima gran revoluci¨®n.

?Por qu¨¦ tanto entusiasmo? ?Qu¨¦ tiene de especial penetrar en el nanomundo? Mucho. Para empezar, es la escala m¨¢s peque?a a la que se pueden construir cosas, y a la que trabaja la naturaleza. Un ¨¢tomo mide una d¨¦cima de nan¨®metro; una mol¨¦cula de agua, apenas un nan¨®metro; por seguir con la escala, un gl¨®bulo rojo sangu¨ªneo mide 7.000 nan¨®metros de di¨¢metro, y un pelo humano, 80.000 nan¨®metros. O sea, entrar en lo nano implica poder manipular las mismas piezas con que ha jugado la naturaleza a lo largo de miles de millones de a?os de evoluci¨®n. Como un nanolego universal. Con ellas la naturaleza ha producido bacterias, carb¨®n, peces, flores, agua, personas? ?Podr¨¢n construir los actuales nanotecn¨®logos, o sus descendientes, un mundo artificial tan variado? Est¨¢ por ver, pero muchos aseguran que s¨ª. Se trata de construir de abajo arriba, colocando uno a uno los ladrillos de la forma deseada. Como ha dicho Rodney Brook, director del Laboratorio de Inteligencia Artificial, en el Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT), "nuestro objetivo a 30 a?os es tener un control tan exquisito sobre la gen¨¦tica de los sistemas vivos que, en lugar de hacer crecer un ¨¢rbol, talarlo y hacer con ¨¦l una mesa, seremos capaces de hacer crecer directamente la mesa".

Alguien dir¨¢: la qu¨ªmica convencional ya juega con mol¨¦culas para hacer pl¨¢sticos, pesticidas o pantallas de cristal l¨ªquido. ?D¨®nde est¨¢ la diferencia? En que la qu¨ªmica tradicional hace reaccionar millones de mol¨¦culas con millones de mol¨¦culas, no las controla una a una. Es un matiz importante, porque al manipular la materia a escala nanom¨¦trica aparecen propiedades distintas de las habituales en el mundo macro. La elasticidad, conductividad, resistencia, color, dureza de una sustancia puede cambiar dr¨¢sticamente en el nanomundo. El carbono en forma de grafito -la mina de un l¨¢piz- es blando; en la nanoescala, el carbono es m¨¢s fuerte que el acero y seis veces m¨¢s ligero. El ¨®xido de zinc es blanco y opaco, pero en el nanomundo se vuelve transparente. El aluminio, por su parte, se convierte en un material capaz de quemarse espont¨¢neamente; la plata muestra propiedades antibacterianas. Y esas nuevas caracter¨ªsticas pueden ser extrapoladas a nuestra realidad cotidiana, porque lo que ocurre en el mundo nano influye en el macro. Por ejemplo, los instrumentos de la nanotecnolog¨ªa han revelado que las superficies aparentemente lisas tienen en realidad un relieve irregular. Es un cambio con grandes implicaciones para la industria, porque tiene que ver con la generaci¨®n de fracturas en materiales, con la fricci¨®n, con el desgaste?

En el mundo natural han resultado seleccionadas de forma espont¨¢nea determinadas propiedades de la materia. Cuando los nanocient¨ªficos juegan con el nanolego tienen la posibilidad de explotar propiedades diferentes, y tratar as¨ª de obtener materiales m¨¢s duros y ligeros, o m¨¢s el¨¢sticos, mejores conductores? La lista es larga.

El laboratorio de Nicol¨¢s Agrait est¨¢ tambi¨¦n en la UAM, y, como el de Ricardo Arias, tambi¨¦n parece ajeno al brillante futuro nanotecnol¨®gico anunciado. Cables, m¨¢quinas, poco sitio. Sin embargo, aqu¨ª est¨¢ el tipo de instrumento que abri¨® la puerta al nanomundo: el microscopio de efecto t¨²nel, STM en siglas inglesas. Este aparato, creado en 1982, tiene su forma particular de ver: mide la corriente el¨¦ctrica que fluye entre una fin¨ªsima punta met¨¢lica y una muestra. El STM coloca a los investigadores cara a cara con los bloques con que se construye todo. No en vano quienes lo inventaron obtuvieron el Nobel.

Agrait se ha puesto a los mandos de su microscopio y en la pantalla aparece una gr¨¢fica en movimiento. En esta ocasi¨®n la punta es de oro y la muestra tambi¨¦n. "Ya est¨¢. Estoy contactando con un solo ¨¢tomo". ?C¨®mo lo sabe? "Reconocemos el tipo de se?al en la pantalla. La verdad es que trabajando en esto te acostumbras, no piensas: estoy tocando un ¨¢tomo". Pero lo est¨¢ haciendo, y no s¨®lo toc¨¢ndolo, sino tambi¨¦n movi¨¦ndolo. Con este microscopio se puede coger un ¨¢tomo y cambiarlo de sitio. Se puede escribir cosas con ¨¢tomos -la famosa imagen del logo de IBM, la compa?¨ªa a la que pertenec¨ªan los inventores del STM-. Y se puede hacer, seg¨²n descubri¨® Agrait en 1998, cadenas o nanohilos de ocho a diez ¨¢tomos. El hallazgo se public¨® en la revista cient¨ªfica Nature y tuvo mucho impacto. Ahora los esfuerzos se concentran en estudiar sus propiedades. Son muy interesantes. Por ejemplo, conducen en proporci¨®n miles de millones de veces m¨¢s corriente que un macrocable. ?Ser¨¢n ¨¦stos los nanoconectores de los futuros nanochips?

Hay otras nanoestructuras con m¨¢s papeles para ese cargo: los nanotubos. Son "los candidatos id¨®neos a sustituir los circuitos electr¨®nicos basados en el silicio", dice Julio G¨®mez, que dirige otro laboratorio del mismo departamento que Agrait. En el macromundo, los nanotubos no son m¨¢s que un polvillo negruzco. Haciendo zoom, y m¨¢s, y m¨¢s y m¨¢s zoom (y a¨²n m¨¢s), se ver¨ªan unos hilillos alargados: son en realidad tubos formados por ¨¢tomos de carbono. Son unas estructuras dur¨ªsimas, liger¨ªsimas y por las que la electricidad corre sin casi ninguna resistencia. G¨®mez y su grupo han descubierto c¨®mo ajustar su resistencia el¨¦ctrica haciendo nanotubos defectuosos, algo que podr¨ªa abrir la puerta a su uso en circuitos integrados, que son la clave de la era electr¨®nica.

Otro tipo de nanoestructuras, las nanopart¨ªculas, est¨¢n resultando m¨¢s sencillas de domar. De hecho hay ya muchas en el mercado: en barras de labios y cremas solares, con nanopart¨ªculas transparentes que absorben luz ultravioleta; en pinturas impermeables o resistentes a los raspones; en cristales que repelen la suciedad; en tiritas con nanopart¨ªculas de plata antibacterianas?

Pero quiz¨¢ las aplicaciones m¨¢s impactantes, aunque todav¨ªa en pa?ales, de las nanopart¨ªculas sean las biom¨¦dicas. Los investigadores en esta ¨¢rea insisten en que son trabajos experimentales y que el avance es lento, pero a la vez describen un panorama esperanzador. Est¨¢ el posible uso de las nanopart¨ªculas como transportadoras de f¨¢rmacos, para hacer que ¨¦stos lleguen m¨¢s y mejor donde deben. Algunas administran f¨¢rmacos por inhalaci¨®n; otras se introducen en el organismo, pero s¨®lo liberan el principio activo cuando son encendidas desde fuera -por campos magn¨¦ticos, l¨¢ser, rayos X o incluso ondas ac¨²sticas-; otras se inyectan en un tumor y descargan el f¨¢rmaco poco a poco. Tambi¨¦n las hay -de nuevo, a¨²n no en el mercado- que segregan insulina en funci¨®n de los niveles de az¨²car que detectan en la sangre del paciente. Por no hablar de las que encuentran las c¨¦lulas tumorales y las destruyen selectivamente. Para convertir este sue?o en realidad, las nanopart¨ªculas a¨²n deben aprender, entre otras cosas, a no perderse en su camino hacia sus c¨¦lulas objetivo, o a no ser devoradas por el sistema inmunol¨®gico.

Salto al Instituto de Microelectr¨®nica de Madrid, del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas (CSIC), en Tres Cantos (Madrid). Aqu¨ª se guarda El Quijote m¨¢s peque?o. Bueno, el primer p¨¢rrafo de El Quijote. Est¨¢ impreso sobre una min¨²scula plaquita de silicio y ocupa un espacio de dos por cuatro micras (mil¨¦simas de mil¨ªmetro). Tampoco habr¨ªa ocupado mucho m¨¢s de haber sido la obra entera: "Un ¨¢rea equivalente a la superficie de las puntas de seis pelos humanos", explica Ricardo Garc¨ªa, cuyo grupo, y en especial el doctorando Rams¨¦s Mart¨ªnez, es autor de la haza?a. "No pasa de ser una curiosidad", dijo Garc¨ªa al ense?ar el trabajo el a?o pasado, pero lo importante es que se ha hecho con una t¨¦cnica desarrollada por el propio grupo que permite mover a los ¨¢tomos en grupos de decenas de miles de ¨¢tomos. Los investigadores logran usar la punta de un microscopio de fuerzas at¨®micas como la de un bol¨ªgrafo, de forma que escribe sobre el silicio con un trazo de s¨®lo 10 nan¨®metros de grosor. Escribir el textito de El Quijote les llev¨® apenas 15 minutos.

Aunque, en esta l¨ªnea de buscar t¨¦cnicas de construcci¨®n en el nanomundo m¨¢s r¨¢pidas y eficaces, uno de los atajos m¨¢s curiosos es el que recurre a nanoestructuras ya inventadas por la naturaleza. En concreto, virus y prote¨ªnas. La investigadora del MIT Angela Belcher descubri¨® a mediados de los noventa que un tipo de moluscos usaba prote¨ªnas para construir los cristales de carbonato c¨¢lcico para su concha. Copi¨® la idea, pero con virus. Ahora construye con esos virus, entre otras cosas, nanocables y tejidos con diminutos sensores que detectan pat¨®genos.

Ella no ha sido la ¨²nica en volver la mirada a la naturaleza. En 2002, Carlo Montemagno, de la Universidad de California (Los ?ngeles), cre¨® un nanomotor que se pod¨ªa encender y apagar manipulando una conocida prote¨ªna. Recientemente este grupo ha hecho crecer c¨¦lulas de m¨²sculo cardiaco de rata sobre peque?os esqueletos de silicio y pl¨¢stico. Por cierto, Montemagno firm¨® el pasado octubre un contrato de cuatro millones de euros con Acciona para desarrollar un prototipo de placa solar fotovoltaica flexible usando prote¨ªnas que reproducen la fotos¨ªntesis.

La uni¨®n de lo biol¨®gico con lo mec¨¢nico no es nueva, pero algunas ONG consideran que cuando se aplica en el mundo nano puede tener consecuencias imprevisibles y no necesariamente buenas. Varias asociaciones de nano¨¦tica ya han pedido una moratoria en la investigaci¨®n, y que se frene la comercializaci¨®n de las nanopart¨ªculas mientras no se garantice su inocuidad -algunos estudios las relacionan con ciertos tipos de c¨¢ncer y enfermedades respiratorias-. Esta vez los gestores de pol¨ªtica cient¨ªfica se toman muy en serio estas peticiones. La peor pesadilla para los pol¨ªticos es que el p¨²blico desarrolle un rechazo a lo nano como ocurri¨® con los transg¨¦nicos. Las obras de ficci¨®n en que nanom¨¢quinas autorreplicantes acaban con los humanos -como la reciente Presa, de Michael Crichton- no ayudan mucho. ?Con qu¨¦ quedarse, con las enormes expectativas de la revoluci¨®n nano o con sus hipot¨¦ticas consecuencias m¨¢s negras?