La revolució d’allò menut

Una milionèsima part d’un mil·límetre. Aquesta és la mesura d’un nanòmetre. Les partícules nanomètriques, aquelles que s’encarrega d’estudiar la nanociència, poden semblar, per tant, minúscules i insignificants sota la perspectiva de l’ull humà. Però les inusuals i profitoses propietats d’aquestes partícules representen una autèntica revolució en la síntesi de nous materials. La revolució d’allò menut. D’allò molt menut.

«Els materials que es presenten en forma nanomètrica tenen un comportament diferent al mateix material presentat en major quantitat»
(Fernando Sapiña)

Fernando Sapiña, professor de Química Inorgànica a la Universitat de València i investigador de l’Institut de Ciència dels Materials del mateix centre, va impartir el darrer dimecres 8 de juny la conferència «Nanociència i nanotecnologia: la revolució del molt menut». El Centre Octubre de Cultura Contemporània de València va acollir, així, l’última de les xarrades dedicades a l’Any Internacional de la Química dintre de la programació de l’Espai Ciència.

Un poc més de cinquanta anys abans que Sapiña fera la seua exposició, una altra conferència, la protagonitzada pel físic americà Richard Feynman l’any 1959 sota el títol «Hi ha molt d’espai ací baix», centrava l’atenció en la importància d’estudiar les partícules menudes. La seua conferència, però, va passar desapercebuda, possiblement perquè el científic s’avançà a la seua època. Era la primera vegada que algú feia referència, encara que fóra de manera indirecta, a la nanociència.

«Les inusuals i profitoses propietats de les partícules nanomètriques representen una autèntica revolució en la síntesi de nous materials»

La nanociència és l’estudi dels sistemes que fan entre 1 i 100 nanòmetres. Els objectes amb què ens trobem dia a dia són macroscòpics, els observem a simple vista. El món nanoscòpic, en canvi, és molt menut. I és aquesta grandària el que els fa importants. Com bé explicava Sapiña, «els materials que es presenten en forma nanomètrica tenen un comportament diferent al mateix material presentat en major quantitat, es donen unes propietats inusuals». «Tenen una major reactivitat química i presenten efectes quàntics que fan que es modifiquen algunes propietats, com per exemple les òptiques», afegí. Alguns semiconductors, per exemple, canvien de color en funció de la grandària de les seues partícules. «L’or presenta un color verd si les partícules nanomètriques són triangulars i blau si són cilíndriques», va exemplificar el químic. Diferents grandàries d’una mateixa matèria signifiquen diferents propietats.

L’estudi de les nanotecnologies és recent, però la realitat és que les propietats de les partícules nanomètriques s’han emprat al llarg de la història. Al segle iv, probablement a Roma, es va construir la copa de Licurg, un objecte que té la peculiaritat de canviar de color en funció del lloc des d’on s’il·lumine. Si rep la llum des de l’exterior, el vidre es tornarà verd, mentre que si el punt de llum se situa a l’interior de la copa, el vidre es tenyirà de roig. «No hi ha constància, però, que el procés de construcció es difonguera en la seua època», afirma Sapiña. Més a prop de casa nostra, a Manises i Paterna, uns «nanotecnòlegs produïen autèntiques obres d’art», objectes amb reflex metàl·lic, aplicant capes molt primes de nanopartícules de coure i plata al vidrat. Es tractava d’una «nanotecnologia empírica, ja que es feia amb els materials disponibles».

«Tres seran els sectors on la nanociència tindrà més rellevància: la medicina, l’energia i les TIC»

«Els éssers vius han fet servir les propietats dels materials nanomètrics per resoldre alguns dels seus problemes al llarg de l’evolució», va declarar Fernando Sapiña per destacar la importància que tenen aquestes partícules en la vida d’altres éssers vius. «Una investigació botànica dels anys vuitanta preparava un experiment amb fulles. En netejar-les, els científics s’adonaren que algunes ja estaven netes. Al mateix temps, aquestes fulles presentaven propietats hidròfobes, mostraven una rugositat nanomètrica, degudes a la presència d’uns nanocristalls de cera. Aquesta propietat estava darrere de l’autoneteja d’aquestes fulles: l’aigua lliscava per la superfície i arrossegava les partícules de brutícia». Aquest exemple de Sapiña explica com, partint d’aquesta comprensió, s’han dissenyat materials amb caràcter hidròfob. El mateix ocorre amb els peus dels dragons: els microfilaments que els permeten reptar per parets verticals han estat imitats per crear materials adhesius.

El peu del dragó i d’altres rèptils, com el gecònid de les imatges, és un exemple de funcionalitat lligada a una nanoestructura. La capacitat que tenen els dragons d’escalar parets verticals o fins i tot de romandre ancorats als sostres, sostenint tot el seu pes, està relacionada amb l’estructura en forma de microfilaments dels seus peus. Cada un d’aquests filaments es divideix entre 100 i 1.000 espàtules de dimensions nanomètriques. Aquesta forma natural d’adhesió es podria reproduir per construir vestits o botes especials que facilitaren les escalades o els ancoratges ferms, la qual cosa podria ser de gran avantatge en els passejos espacials. Imatge de l’esquerra: A. Dhinojwala, University of Akron, Viz Lab Image Collection, NISE Network Imatge de la dreta: C. Mathisen, FEI Company, Viz Lab Image Collection, NISE Network

De vegades es donen casualitats, coincidències, que permeten el desenvolupament científic i l’obtenció de noves troballes. El negre de carboni es va afegir als pneumàtics dels cotxes amb una finalitat merament estètica. No obstant això, les partícules afegides van resultar profitoses: les rodes resultants eren molt més resistents a l’abrasió. Així naixia el primer material producte de la nanotecnociència. A partir d’ací, fins a l’actualitat, s’ha anat avançant en l’estudi d’aquestes propietats especials, s’ha investigat en nous materials nanotecnològics, fruit d’aquesta «ciència interdisciplinar que agrupa branques com la física, la química o l’enginyeria dels materials, tot de manera horitzontal». Hi ha una infinitat de possibilitats per dissenyar materials amb funcions determinades (o, fins i tot, multifuncionals).

La nanotecnologia afectarà tots els camps de la indústria, almenys tots aquells que decidesquen emprar els materials a escala nanomètrica en els seus productes. Però, sobretot, tres seran els sectors on més rellevància tindrà aquesta disciplina. En primer lloc, la medicina. En l’àmbit diagnòstic, es milloraran les tècniques actuals, que tenen una resolució espacial baixa. La nanotecnologia permetrà que es tinga una especificitat a nivell cel·lular abans no apareguen els primers símptomes, emprant nanopartícules que s’adheriran als tumors (per exemple) i permetran la millor observació amb els raigs X. En el camp del tractament, la finalitat serà aconseguir que el medicament actue només al lloc on toca, evitant els efectes secundaris. També podria emprar-se la nanociència per elaborar millors implants, fent-los més rugosos s’adheriran millor als teixits i s’evitarà el desgast de la musculatura. En el camp de l’energia, és evident que avui dia ens basem en l’ús dels combustibles fòssils, fet que ha produït un augment del CO2 a l’atmosfera i el consegüent escalfament global. Els avenços en nanotecnologia, però, s’enfocarien a les energies renovables i, en definitiva, a l’estalvi energètic. Les nanotecnologies poden resoldre algunes qüestions, com la captura d’energia solar o el descobriment de millors aïllants tèrmics que permeten economitzar energia. El darrer àmbit on la nanotecnologia tindrà molta importància serà el de les conegudes TIC (tecnologies de la informació i la comunicació), ja que permetrà que es dissenyen aparells més menuts i amb més serveis.

«En la nanociència es dóna la confluència d’allò possible amb allò improbable»
(Fernando Sapiña)

Les nanotecnologies reportaran nombrosos avenços i seran amplificadores dels efectes d’altres tecnologies. Es planteja, però, un problema. «Es tem que la irrupció d’aquesta nova disciplina no siga ben rebuda per l’opinió pública, tal i com passa, per exemple, amb els transgènics», advertia Sapiña. Es treballa perquè això no passe, perquè es puga desenvolupar tot el potencial de la nanociència protegint els consumidors (i formant-los perquè no temen allò desconegut) i superant els reptes i problemes ètics que planteja el seu descobriment. És possible que estiguem davant una nova revolució industrial. Una revolució «on es dóna la confluència d’allò possible amb allò improbable».

© F. Sapiña

Fernando Sapiña és «una persona molt compromesa amb la divulgació de la ciència», tal i com afirma en la presentació de la conferència Juli Peretó, professor de Bioquímica de la Universitat de València. Sapiña és «assessor de la Càtedra de Divulgació de la Ciència, coordina la col·lecció de llibres d’aquest departament i els corresponents premis de divulgació». A més, escriu la seua pròpia secció a Mètode, «La ciència a taula», a banda de ser un col·laborador habitual de la revista.

© Mètode 2011

Llicenciat en Periodisme (València).