La nanotecnología o, mejor dicho, las numerosas nanotecnologías, en conjunto, que existen, constituyen un mundo nuevo y fascinante, que ya está entre nosotros. Se meten por todos lados: en nuestros autos, nuestra ropa, los deportes, los alimentos, nuestra salud y medio ambiente. Vivimos rodeados de nanotecnologías, aunque no lo sepamos. En los próximos cien años, las nanotecnologías van a cambiar el mundo: nos van a curar, dar energía, alimentar y mejorar nuestro medio ambiente. Nuestros hijos y nietos las van a disfrutar más que nosotros, las van a considerar moneda corriente. Las nanotecnologías son centrales para nuestra civilización actual, y la base de su desarrollo futuro.
Las nanotecnologías se basan en nuestra capacidad, desarrollada en los últimos veinte o treinta años, de diseñar, fabricar, ver, controlar y ensamblar nanomateriales. Los nanomateriales son materiales como los que conocemos y utilizamos todos los días (metales, cerámicos, vidrios, polímeros) pero de dimensiones reducidas a algunos nanómetros. Y el nanómetro es algo capital en este asunto. Aunque un nanómetro (nm) sea, simplemente, una unidad de medida. Así como un centímetro es cien veces menor que un metro, un nanómetro es mil millones de veces más chico que un metro. Es decir, un nanómetro es 0,000000001 m, o 10-9 m, si lo ponemos en notación exponencial. Nuestra vida diaria se desarrolla en el ámbito de los metros, así que tenemos que acostumbrarnos a esta pequeña unidad. Veamos.
Una persona de un metro setenta mide, nanómetro más o menos, unos mil setecientos millones de nanómetros de alto; una hormiga mide varios millones de nanómetros, una célula tiene cientos de miles de nanómetros de diámetro, el tamaño de una bacteria es de algunos miles, y el de un pequeño virus, algunos cientos de nanómetros... Para tener una idea de la diferencia de escalas, la diferencia relativa de tamaño entre un científico y la nanopartícula que está fabricando o manipulando es la misma que entre el tamaño de nuestro planeta y el de una aceituna: unos nueve órdenes de magnitud.
Hace poco más de sesenta años, en 1959, Richard Feynman, Premio Nobel de Física 1975 y uno de los más grandes científicos del siglo XX, hizo una pregunta provocadora en la conferencia anual de la American Physical Association: "¿Por qué no podemos escribir los veinticuatro volúmenes de la Enciclopedia Británica sobre la cabeza de un alfiler?". En aquel entonces, "la Británica" era el sueño de todo estudiante: todo el conocimiento estaba allí. Hoy en día, Wikipedia y la impresionante cantidad de información en línea hace que esos viejos tomos sean algo del pasado, y junten polvo en la casa de algún abuelo. Dado que la relación de tamaños entre la cabeza de un alfiler y el área total de las páginas de la Británica era de veinticinco mil veces, y teniendo en cuenta la resolución de las letras e ilustraciones, Feynman concluyó que para poder imprimir todo en ese tamaño tan pequeño, cada "píxel" de la enciclopedia tendría que tener unos 8 nm de diámetro. Y que cada uno de esos píxeles contendría aún unos mil átomos. Es decir, si pudiésemos "escribir y dibujar" con esa resolución, podríamos transferir toda la información tal como estaba escrita en esos volúmenes, ilustraciones de tribus africanas y del telégrafo incluidas, en ese espacio tan pequeño. Así comienza una charla memorable, que se tituló "Hay mucho lugar allí abajo", que muchos consideran el punto inicial de la búsqueda del nanomundo. En esa época, comenzaba la aventura de la industria electrónica, y vino la miniaturización, que en nuestros días nos permite dibujar en la materia con precisión nanométrica.
El nanómetro, pequeña gran escala
De todas maneras, el nanómetro no es la escala más pequeña en la que la humanidad ha incursionado. De hecho, hace más de cien años entendemos cómo está compuesta la materia, y cómo trabajar con átomos y moléculas. Un átomo es menor que un nanómetro; de hecho, en un nanómetro caben, una al lado de la otra, tres moléculas de agua, cuatro átomos de silicio o diez átomos de hidrógeno. Los químicos, físicos y los biólogos moleculares están acostumbrados a lidiar todos los días con esta escala de longitud especial y con las fuerzas que predominan en ella. Los científicos nucleares trabajan con fenómenos que tienen lugar en los núcleos atómicos, cientos de miles de veces más chicos que los átomos (¡distancias de 10-15 m!)... no, la nano no es la menor escala posible. Y en eso radica el interés de la nanoescala, y su característica fundamental: la nanoescala está "en el medio", entre dos escalas conocidas: la atómico-molecular (viniendo "desde abajo"), y la escala de los objetos miniaturizados (microtecnologías), a los que nos ha acostumbrado la industria electrónica (que viene "desde arriba"). Dos escalas que conocemos bien, y que nos han traído innumerables tecnologías que permiten teñir telas, ver las estrellas, y curar a la gente. Pero ese Pero ese mundo de "el medio" era, hasta hace poco, relativamente desconocido.
Es que no era tan fácil acceder a la nanoescala, porque había que sobrepasar dos obstáculos principales: a) La dificultad de fabricar, visualizar, o manipular objetos de ese tamaño, aunque viniéramos "desde arriba" o "desde abajo".; b) La dificultad de comprender el comportamiento de sistemas con un número intermedio de átomos.
Este hecho de vivir en el medio de dos escalas bien conocidas hizo que recién la humanidad se atreviera a entrar en el "nanomundo" en las últimas dos o tres décadas. La complejidad de fabricar, comprender o manipular la nanomateria fue tradicionalmente una barrera. Para los químicos de síntesis, por ejemplo, construir una molécula del tamaño de algunos nanómetros resulta una ardua tarea, porque es una molécula grande; imaginen el esfuerzo para poder construir átomo por átomo una nanopartícula de algunos nanómetros de diámetro con precisión exquisita. Los físicos podían comprender muy bien las estructuras electrónicas de moléculas y de materiales extendidos mediante herramientas de la física cuántica. Pero tuvieron que desarrollar nuevas aproximaciones para comprender al detalle las peripecias de los electrones en las nanopartículas, y poder predecir sus propiedades. Los biólogos trabajaban en esa escala hacía rato, evaluando las relaciones estructura-función de las biomoléculas, pero tuvieron que desarrollar un conocimiento mucho más profundo y complejo de las interacciones y la estructura molecular para poder comprender el plegamiento de ADN y de proteínas, que lleva a comprender su actividad biológica.
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