Nanohorchata

Puede ser casualidad. O no. En cualquier caso me vale de excusa para hablar sobre el tema, así que podríamos considerarlo serendipia.

Todo surge de una foto que compartí con mis amigos a raíz del anuncio del cierre de Nou (antes canal9, la televisión autonómica valenciana). Resulta que desde la ventana de mi laboratorio se ve el centro de producciones de Burjassot; resulta también que habitualmente hago fotografías de algunos productos para comprobar su evolución con el tiempo, y suelo elegir como fondo el de la ventana. Como aquel día los trabajadores de Canal9 estaban protagonizando una pequeña revolución (cambiando la programación y diciendo, por fin, las cosas claras), colgué una foto -tomada días antes- donde se veía de fondo el edificio, como pequeño reconocimiento. En el primer plano de la foto había un par de viales con un líquido blanquecino que mis amigos, muy de la tierra ellos, no tardaron en identificar como horchata. Mis esfuerzos por explicar que en realidad se trataba de una suspensión de nanopartículas de boehmita (AlO(OH), un oxohidróxido de aluminio) desembocaron en que finalmente acabasen asumiendo que se trataba de nanohorchata y de paso coligieron que los investigadores éramos unos privilegiados por disfrutar de unas buenas vistas mientras merendábamos tecnorefrescos.

¿Dónde está la casualidad?, os preguntaréis. Pues en que precisamente estos días se me han cruzado un par de noticias relacionadas con la nanociencia y la nanotecnología. Una de ellas es la publicación de un estudio realizado por investigadores de un proyecto europeo sobre la comunicación de la nanociencia y la nanotecnología –comentado también en otros blogs– que afirma que el 60 % de los europeos no ha oído nunca la palabra “nanotecnología”. Esto me hizo pensar en mis despistados (más bien socarrones) amigos y en la nanohorchata. Más aún, pensé también en la necesidad de financiar proyectos sobre la comunicación de la nanociencia/tecnología, un área que, según los números del informe, está llamada a ser motor económico del desarrollo y que ya ha dejado de ser una promesa de futuro para pasar a ser una realidad tangible y aplicada -en 2011 se superaron los 8000 M$ de inversión en el sector-. La conclusión es que sí, que es necesario explicar, comunicar, transmitir y demostrar qué es la nanociencia y cómo nos va a ayudar. También es necesario estudiar y entender el proceso de comunicación de ésta (y otras) áreas, realizando estudios sobre su comprensión pública como el coordinado por otro pirata, Javier Gómez. De sus conclusiones hablaremos en una segunda parte; hoy quisiera abordar la primera parte del problema, la de la explicación de al menos parte de los fundamentos de la nanotecnología. Hay libros y libros escritos sobre sus principios y aplicaciones, pero me gustaría aportar mi granito de arena en la medida que lo permitan mi conocimiento y el formato de la herramienta que he elegido, esta entrada del blog.

Si nos ponemos a buscar información es fácil encontrarse con la definición más típica de nanociencia / nanotecnología, algo así como: “La nanociencia / nanotecnología es el área de conocimiento dedicada al control y manipulación de la materia en la escala nanométrica, más concretamente entre 1 y 100 nanómetros (nanómetro es la milmillonésima parte de un metro)”. Generalmente, si se trata de un texto general o divulgativo le siguen una serie de ejemplos para hacer entender lo pequeño que es un nanómetro,como que el diámetro de un pelo mide unos 60000 nanómetros, o que 10 átomos de hidrógeno alineados miden un nanómetro. Aquí es donde el lector se podría plantear el sentido que tiene que la humanidad lo mida todo comparándolo con un palo. ¡Un palo!. A continuación se explica que la materia no tiene las mismas propiedades cuando se presenta en “trozos” grandes que cuando está conformada por partículas muy pequeñas, con el ejemplo clásico del color de oro “masivo” (amarillo) frente al nanométrico (que varía de rojo vino a azul según el tamaño de las nanopartículas). Son estas diferentes propiedades de los materiales nanométricos frente a los “masivos” las que se aprovechan en múltiples aplicaciones (electrónicas, biomédicas, ambientales, informáticas, etc.). Pero, ¿por qué la materia presenta diferentes características en función del tamaño de las partículas que la conforman?. Vamos a intentar escarbar un poco…

Desde el punto de vista químico, las propiedades de una sustancia dependen de los átomos que la conforman y de cómo éstos estén enlazados entre sí. Para simplificar vamos a limitarnos a considerar materiales formados por un único tipo de átomos. Un ejemplo ilustrativo es la comparación entre el grafito (minas de lápiz) y el diamante. Ambos están formados únicamente por átomos de carbono, pero enlazados de diferente forma en cada material, lo que les confiere propiedades evidentemente distintas. ¿Ocurre algo parecido en los materiales nanométricos? No exactamente; en el caso del grafito y el diamante los átomos son los mismos pero no están enlazados de la misma forma. Los átomos de los materiales nanométricos están enlazados igual que en los equivalentes “masivos” ¿Por qué entonces tienen propiedades tan distintas?. Para tratar de ilustrar al menos una de las razones de estas diferencias podríamos imaginar que nuestra sustancia es un ejército como el de los romanos en los cómics de Astérix y Obelix, o como el de los griegos de Esparta en 300. Y ahora vamos a jugar un poco con esta imagen.

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Los soldados serían los átomos, unidos entre sí por enlaces que los hacen permanecer juntos. Estos ejércitos se organizaban en unidades de varios soldados (escuadrones), de tal forma que algunos quedaban en primera línea y otros en el interior de los escuadrones, más protegidos, totalmente rodeados por otros soldados. Podemos imaginar que los nervios, el miedo, la tensión de los soldados que quedaban en primera fila (en la “supefície”) sería mayor que la de aquellos que estaban en el interior del escuadrón. Pues a los átomos les pasa lo mismo. Los que están en la superficie de la partícula están más nerviosos, son más reactivos que los que están en su interior, ya que les faltan “compañeros” que los rodeen, les “tranquilicen” y les den estabilidad con sus enlaces. Si organizamos nuestro ejército en escuadrones más pequeños, de menos hombres, tendremos menos soldados totalmente rodeados por otros, aumentando el número de soldados de primera línea, con mayor tensión. Pues bien, al reducir mucho el tamaño de las partículas estamos haciendo lo mismo, incrementar la proporción de átomos superficiales, sometidos a más tensión y menos estables. Cuando llegamos al rango de entre 1 y 100 nanómetros de tamaño de partícula la proporción de átomos superficiales, tensionados, frente a la de los internos -más relajados- es suficiente para provocar modificaciones en las propiedades de nuestro material. Las partículas más pequeñas, igual que los escuadrones más pequeños, pueden moverse más rápidamente y llegar más lejos que las grandes; pueden pasar por sitios más pequeños sin atascarse, y también son más reactivas, sus átomos están más excitados (tienen más energía). Estas diferencias con respecto a las partículas grandes dependen del tamaño que tengan dentro del rango 1-100 nm (la abreviatura de nanómetros), pudiendo pues controlarse a base de controlar el tamaño. Además podemos dotar a las partículas de alguna propiedad adicional, como por ejemplo el magnetismo (imaginad que le damos un buen imán a cada soldado; podrían atrapar las espadas de los enemigos). Toda esta versatilidad y capacidad de control de propiedades es lo que se aprovecha en la nanociencia / nanotecnología para desarrollar materiales con aplicaciones en medicina, informática, electrónica, medio ambiente y un largo etcétera que terminan aportando mejoras al desarrollo.

Es el presente y es el futuro, y así lo demuestra el creciente interés de las empresas y de los centros de investigación en la formación y en la implantación de la nanotecnología. Quién sabe, quizá algún día bebamos nanohorchata con propiedades maravillosas. Aunque no me imagino mojando nanofartons…