Nano: Un món transformat?

Avanços i perspectives en el nanomón

portada 65 25 anys mètode
Guillermo Muñoz Matutano en l'actualitat

Guillermo Muñoz Matutano, investigador postdoctoral en la Macquarie University, va coordinar el nº 65 de Mètode junt amb Fernando Sapiña.

Durant l’hivern de 2009 vaig tenir l’oportunitat de col·laborar amb Fernando Sapiña per a coordinar un monogràfic per a Mètode sobre nanotecnologia, el número 65: Nano: Transformant el món amb la nanotecnociència (primavera 2010). L’objectiu bàsic que ens vam plantejar va ser oferir una mirada general sobre la nanotecnologia, tot tractant d’amplificar una de les seues característiques bàsiques: la seua interdisciplinarietat. Qualsevol que s’aprope al monogràfic tindrà una «nanopanoràmica» el suficientment transversal com per a entendre que la nanotecnociència ens concerneix a tots: ciència, enginyeria, matemàtiques, humanitats, art i societat.

L’any 2000, Bill Clinton van fundar la Iniciativa Nacional per la Nanotecnologia (NNI en les seues sigles en anglès), amb l’objectiu d’identificar i finançar aquelles investigacions de relleu en aquest nou sector estratègic. En 2010, coincidint amb la data del monogràfic de Mètode, es va realitzar un estudi global per a avaluar els primers deu anys de la NNI, i a la mateixa vegada proporcionar una visió del que podria ocórrer durant la següent dècada. Aquest treball es va publicar amb el nom Nanotechnology research directions for societal needs in 2020. Ja hem recorregut més de mitja distància d’aquest camí, i en els últims anys abunden els articles que pretenen revisar i analitzar els objectius que es van plantejar.

«Qualsevol que s’aprope al monogràfic tindrà una “nanopanoràmica” el suficientment transversal com per a entendre que la nanotecnociència ens concerneix a tots»

Hi ha veus que vénen assenyalant que si les primeres dècades de la nanotecnologia es podrien associar amb una primera etapa de descobriments, en l’actualitat podríem haver arribat a una nova era de ruptura tecnològica i consolidació del finançament públic (Nature Nanotechonology, 2016; Parak, Nel i Weiss, 2015; Yang, 2016). No obstant, encara que existeixen inventaris de productes comercials relacionats amb la nanotecnologia disponibles al mercat1, existeixen altres veus que assenyalen que encara no hauríem eixit d’aquest primer període de descobriments (Kagan et al., 2016). Però, quins han estat els avenços cientificotecnològics més inesperats de la nanotecnologia des que vam coordinar el monogràfic? La llista pot ser immensa. El desenvolupament del grafè, com a material 2D (bidimensional) monocapa, ha influenciat el desenvolupament d’una varietat de nous materials 2D semiconductors. No seria d’estranyar que la recerca i proposta de noves heteroestructures 2D semiconductores fóra el tema d’un futur Premi Nobel, tan com va ocórrer amb el grafè. Hui en dia, els sistemes nanoscòpics s’utilitzen com a plataforma per al desenvolupament de simuladors quàntics, o per a avaluar els propis pilars fonamentals de la ciència. Per exemple, la radiació de Hawking emesa per forats negres pot ser simulada pels condensats de Bose-Einstein en semiconductors nanoestructurats (Steinhauer, 2016). D’altra banda, el control de l’espín en nanodiamants ha permès en 2015 realitzar la millor confirmació de la validesa dels postulats de la mecànica quàntica fins ara (Hensen et al., 2015). Les tècniques de manipulació típiques de la nanotecnologia també han avançat considerablement. Per exemple, s’han desenvolupat microscopis de força atòmica (AFM) ultraràpids que poden servir per a monitoritzar l’activitat mecànica cel·lular en nanoescala amb vídeos de resolució de desenes de mil·lisegons (Katan i Dekker, 2011). Però aquests en són solament alguns exemples. Personalment, m’ha resultat molt interessant la generació de noves biblioteques de nanomaterials (Chen et al., 2016). Aquest tipus de catalogació recorda a les investigacions que es van dur a terme en les etapes prèvies al descobriment de la taula periòdica. Potser, seguint aquestes estratègies, podrem trobar nous patrons i reptes conceptuals.

«No seria d’estranyar que la recerca i proposta de noves heteroestructures 2D semiconductores fóra el tema d’un futur Premi Nobel, tan com va ocórrer amb el grafè»

Precisament, aquestes biblioteques podrien ser molt útils per als estudis sobre nanoseguretat. Encara que es dedica una bona quantitat de recursos al finançament d’investigacions sobre nanoseguretat, la realitat és que el gran número de nous nanomaterials, el ràpid creixement de la investigació en nanotecnologia i la necessitat d’utilitzar noves aproximacions per a l’avaluació de la perillositat continuen retardant la proposta de nous protocols de seguretat, que aleshores retarden la inclusió dels nous dispositius en el mercat. Aquest any, l’European Nanosafety Cluster (NSC) ha publicat un compendi de projectes amb l’objectiu de documentar tota la investigació europea sobre el tema i proporcionar una visió general actualitzada2.

Com vam assenyalar en 2010, la nanoseguretat està íntimament relacionada amb la percepció pública de la nanotecnologia. L’anàlisi de Javier Gómez-Ferri, De Cózar i Llopis-Goig, realitzat en 2012, representa la primera investigació sobre comprensió de la nanotecnologia duta a terme a través de la tècnica Delphi (Gómez-Ferri, De Cózar i Llopis-Goig, 2014). Es va dur a terme una consulta a investigadors de nanotecnologia nacionals i es va obtenir un llistat de continguts que aquests consideren fonamentals per al coneixement públic. No obstant, com assenyalen els autors, l’estudi necessita ésser completat amb les demandes informatives dels distints públics, així com amb el punt de vista de comunicadors i divulgadors i d’altres experts de l’àrea de les ciències socials.

L’art no ha romàs aliè al desenvolupament de la nanotecnologia. En l’actualitat, és significatiu l’interès sorgit des d’alguns laboratoris de nanociència: l’artista californiana Kate Nichols col·labora de forma permanent amb el grup del professor Paul Alivisatos, a l’Institut de Nanociència i Nanoenginyeria de Berkeley. Les noves formes d’entendre el color dels materials des de la seua pròpia nanostructura proporcionen a Nichols un nou camí per a desenvolupar els seus principis estètics. Precisament, les imatges que provenen de totes les noves tecnologies de la nanoescala poden formar una nova nanoestètica, com va assenyala la professora Tami Spector, química orgànica de la Universitat de San Francisco (Spector, 2012). En juliol de 2015 vaig tenir l’oportunitat de conéixer ambdues investigadores, Nichols i Spector, en la segona edició del Scientific Delirium Madness. Durant aquesta residència vaig col·laborar amb Eathan Janney, neurocientífic i músic de jazz, en un treball de sonificació d’espectres de llum de punts quàntics aïllats. El nostre treball pot ser entès com una alternativa per a la catalogació de les propietats de les nanoestructures i la posterior formació de biblioteques, però aquesta vegada basades en els patrons de la traducció a sons (Janney i Muñoz-Matutano, 2016). En aquestes interaccions d’art i ciència, el repte continua arribant de la mà dels científics: com incorporar els canals d’innovació que aquesta investigació artística proposa?

Per últim, m’agradaria abordar la visibilitat de la investigació local com a part del referent internacional. Dos investigadors valencians del camp de la nanotecnologia han estat recentment guardonats. El doctor Avelino Corma Canós, director de l’Institut de Tecnologia Química (ITQ) de la Universitat Politècnica de València, va ser premiat amb Mark E. Davis i Galen D. Stucky amb el Príncep d’Astúries d’Investigació Científica i Tècnica 2014, per les seues contribucions a la creació de nous materials microporosos i mesoporosos. Aquests materials nanoestructurats ofereixen una infinitat de noves aplicacions en camps tan diversos com la reducció d’emissions contaminants de vehicles i fàbriques, la millora dels aliments, la depuració d’aigües o els processos de refinat del petroli. D’altra banda, el doctor en ciències químiques i director del Laboratori de Nanotecnologia Molecular de la Universitat d’Alacant, Javier García Martínez, va rebre el Premi Jaume I de Noves Tecnologies 2014.

«Els materials nanoestructurats ofereixen una infinitat de noves aplicacions en camps tan diversos com la reducció d’emissions contaminants de vehicles i fàbriques o la millora dels aliments»

Aquest investigador compagina el seu treball acadèmic amb una activitat empresarial dirigida a la comercialització de nanomaterials d’usos energètics. Des de l’Institut de Ciència dels Materials de la Universitat de València, junt a la Fundació Universitat-Empresa ADEIT-UV, vam elaborar un pla formatiu sobre nanotecnologies (Diploma de Nanotecnologies en la Indústria), amb la idea d’enfortir els lligams productius i acadèmics amb un programa eminentment pràctic i tecnològic. Com el propi García Martínez explicava per a Mètode TV, la nanotecnologia pot ser entesa com una nova i tercera dimensió de la taula periòdica, on molts dels descobriments i innovacions tecnològiques, més que en el futur, s’estan desenvolupant en el nostre present. I m’atreviria a afegir: tampoc massa lluny de les nostres fronteres. La NNI d’EUA va proclamar el 9 d’octubre el seu dia nacional de la nanotecnologia (1 nanometre són 10^-9m, i per això van triar el mes 10 i el dia 9), que precisament coincideix amb el dia de San Dionís, la pròpia diada de València. És un fet curiós i anecdòtic, que ens pot servir per a recordar que la nostra investigació local forma part d’un entramat internacional que continuarà definint els reptes i descobriments del futur.

 

1. 1814 productes de 622 companyies en 32 països, segons Nanotechnology in the real world: redeveloping the nanomaterial consumer products inventory (2015). Tornar al text.

2. El mateix NSC ha oferit una agenda d’investigació nanoseguretat 2015-2025. K. Savolainen et al., Nanosafety in Europe 2015–2025: Towards Safe and Sustainable Nanomaterials and Nanotechnology Innovations (2013). Torna al text.

Nanociència, nanotecnologia. Avui dia, la nanotecnociència és una de les àrees amb un major potencial de transformació social i econòmic.Nanobjecte, nanomaterial, nanotub. S’estan dissenyant nous materials funcionals capaços de modificar i renovar les indústries. Nanomàquina, nanorobot, nanodispositiu...

0

REFERÈNCIES

Chen, P.-C., Xialong, L., Hedrick, J. L., Xie, Z., Wang, S., Qing-Yuan, L., … Mirkin, C. (2016). Polyelemental nanoparticle libraries. Science, 352(6293), 1565–1569.

Gómez-Ferri, J., De Cózar, J. M, & Llopis-Goig, R. (2014). La comunicación pública de ámbitos científicos y tecnológicos emergentes. Problemas y retos en el caso de la nanotecnología. Arbor, 190(766), a123.

Hensen, B., Bernien, A., Dréau, A. E., Reiserer, N., Kalb, N. Blok, M. S., … Hanson, R. (2015). Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres. Nature, 526, 682–686.

Janney, E., & Muñoz-Matutano, G. (2016). Interactive musical display of quantum dot emission spectra. Leonardo, 49(5), 440.

Kagan, C. R., Fernández, L. E., Gogotsi, Y., Hammond, P.T., Hersam, M. C., Nel, A. E., … Weiss, P. S. (2016). Nano Day: Celebrating the next decade of nanoscience and nanotechnology. ACS Nano, 10(10), 9093-9103.

Katan, A. J., & Dekker, C. (2011). High-speed AFM reveals the dynamics of single biomolecules at the nanometer scale. Cell, 147, 979.

Nature Nanotechnology. (2016). Challenge driven. Nature Nanotechnology, 11, 401–402.

Parak, W. J., Nel, A. E., & Weiss, P. S. (2015). Grand challenges for nanoscience and nanotechnology. ACS Nano, 9(7), 6637.

Spector, T. I. (2012). Nanoaesthetics: From the molecular to the machine. Representations, 117(1), 1–29.

Steinhauer, J. (2016). Observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole. Nature Physics, 12, 959.

Yang, W. (2016). Nano on reflections. Nature, 11, 826.

© Mètode 2017

Investigador postdoctoral en la Macquarie University – ARC Centre of Excellence EQUS (Engineered Quantum Systems), a Sidney (Austràlia). Especialista en tecnologies quàntiques amb semiconductors i investigador a l’Institut de Ciències dels Materials de la Universitat de València (ICMUV). A més, és membre de la coordinadora estatal Marea Roja de la Investigació.