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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Nanotecnología microliliputiense

En la catedral de San Patricio de Dublín existe una tumba con un epitafio, en latín, que reza, según los deseos del allí enterrado: "Aquí yace el cuerpo de Jonathan Swift, deán de esta catedral, en un lugar en el que la ardiente indignación no puede ya lacerar su corazón".

Efectivamente, este gran escritor satírico inglés había sido nombrado deán de su catedral en 1717, pocos años antes de la publicación anónima de la que llegaría a ser su obra más famosa, "Viajes a varios lugares remotos del planeta", popularmente titulada "Los viajes de Gulliver", una amarga, desabrida y profunda burla contra la vanidad y la hipocresía de la sociedad inglesa. Crítica tan profunda que hizo que de muchas ediciones se eliminase el cuarto libro, "Gulliver en el país de los huim" en el que concluía que la compañía de los animales era más estimulante y preferible que la de los humanos. Sin embargo, otro de los relatos, "Gulliver en el país de los Lilliput", constituye un clásico de la literatura infantil con sus estrafalarios y diminutos personajes, los liliputienses.

Pero, ni siquiera una mente tan incisiva e imaginativa como la de Swift podría soñar en una realidad tan microscópicamente pequeña e interesante como la que estos últimos años la Ciencia está haciendo posible, con la construcción de máquinas, dispositivos e instrumentos nanométricos, que podrían hacinarse centenares de miles de ellos en menos de un milímetro. Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro.

PRECEDENTES. Oportunamente, la importante revista Science dedica una buena parte de su contenido de esta semana a analizar esta situación a través de diversos artículos de revisión y otras contribuciones. La pregunta inmediata, sin duda, sería la de: "¿Para qué puede servir construir instrumentos tan pequeños?". Contestaremos a la pregunta, pero previamente haremos un poco de historia.

Hacia 1820, el científico inglés Faraday descubrió que circulaba una pequeña corriente eléctrica por un hilo cuando a su largo se movía un imán: la ley de la inducción magnética. Ante la pregunta inmediata de: "¿Para qué sirve esto?", Faraday respondió con otra pregunta: "¿Para qué sirve el nacimiento de un niño?". Nadie duda que toda la tecnología eléctrica actual, que modela nuestro modo de vida, es fruto del descubrimiento de Faraday. Otro ejemplo: hacia 1948, el bi-Nobel físico teórico Bardeen, junto con otros científicos, descubrieron el efecto que posibilitó el transistor. Cuando observaron ese efecto no podían vislumbrar sus repercusiones. Pero el transistor es la base de toda la electrónica actual, ha hecho posible iniciar las aventuras espaciales, ha revolucionado las técnicas médicas de análisis, ha permitido crear la sociedad tecnológica de la comunicación, y ha llenado nuestros hogares y lugares de trabajo de una serie de asombrosos, nuevos y útiles instrumentos.

Pues bien, en 1982, Gerd Binning y Heinrich Rohrer hicieron otro descubrimiento, en principio básico, que comienza a abrirnos perspectivas aun más fascinantes. Era el Microscopio de Efecto Túnel (Premio Nobel 1986).

NANOTECNOLOGÍA. El descubrimiento consistía en que, al aplicar una diferencia de potencial minúscula, de milivoltios, entre una punta de dimensiones atómicas y una superficie, se detectaba la existencia de una minúscula corriente eléctrica túnel (de nanoamperios), no permitida clásicamente, pero sí cuánticamente. ¿Para qué podría servir eso?. No había contestación, aunque ahora sabemos que, posiblemente, sus aplicaciones revolucionarán los modos de vida de la Humanidad.

Lo interesante es que al analizar la corriente, cuando la punta se movía en campo cercano, es decir, a una distancia equivalente a solo dos o tres átomos de la superficie, y paralelamente a la misma se podían detectar, "palpar", los átomos de esa superficie en forma de entidades singulares independientes. Tras el microscopio de efecto túnel, basándose en el mismo principio, se desarrolló otra serie de instrumentos con una característica común: la de trabajar en el rango de precisión nanométrico.

Y si podemos "ver" y "palpar" átomos individuales, también los podemos manipular individualmente, juntarlos, separarlos, usarlos para escribir con ellos, etc. Por ejemplo, con 9 átomos podríamos escribir (y reconocer posteriormente, es decir, "leer") una letra como la i, en la que un átomo sería el punto, separado una distancia de los otros 6 átomos que constituyesen el palo. Si las 25.000 páginas de la conocida Enciclopedia Británica se rescribiesen "atómicamente", solo sería necesaria la cabeza de un alfiler. Y todos los libros existentes en el mundo, con sus ilustraciones, podrían caber en menos de 30 folios. No se trata de fantasías ni ensueños: se están abordando ya trabajos de este tipo. Pero en el laboratorio escribir una sola i es un esfuerzo que necesita días. ¿Cómo resolver el problema?. Intentando integrar (Proyecto milpiés) millones de puntas reconocedoras en un microchip electrónico.

En realidad, lo que sucede es que ahora estamos comenzando a contestar a la pregunta que se hacía, en diciembre de 1955, el Premio Nobel de Física Richard Feynman, en una conferencia pronunciada en la American Physical Society: "¿Qué pasaría si al final pudiéramos disponer los átomos del modo que quisiéramos?

PROYECTOS. Con la nueva nanotecnología se pueden modificar las superficies y fabricar nanofilamentos y nanocontactos que puedan permitir usar densidades eléctricas un millón de veces superiores a las que puede soportar un hilo de cobre, pues su resistencia eléctrica sería no local y no serían dispositivos disipativos. Los correspondientes contactos magnéticos poseerían unas tremendas características magnetoresistivas.

En el orden químico podríamos agrupar o desagrupar átomos de características funcionales deseadas, estirar o deformar moléculas de ADN y proteínas, medir las fuerzas de sus enlaces, etcétera. O fabricar billones de chips que sean capaces de tomar un colorante y pintar una superficie, como la de un barco, "paseándose" sobre ella.

Por su parte, la industria farmacéutica ya está trabajando en la construcción de lo que se podrían denominar nanocaballos de Troya, es decir, vehículos que usando los vasos sanguíneos puedan sortear barreras como la hematoencefálica, o detectar una enfermedad en estado precoz, depositando localmente, sobre las células afectadas, una mínima cantidad del medicamento eficaz para la patología concreta, sin que resulte afectado el resto del organismo.

Para conseguir objetivos como los anteriores se necesitarían integraciones del orden de terabits (mil millones de bits) por centímetro cuadrado, correspondientes a la actual memoria de unos 200 ordenadores. Se predice que se logrará antes de 5 años. Hasta tanto, la revista Science de esta semana nos habla de lo ya conseguido: motores moleculares basados en una única molécula de enzima (ATP-asa/ATP-sintasa), nanomanipuladores que trabajan según órdenes recibidas del ordenador, moléculas embebidas en membranas que al ser iluminadas producen energía química, etcétera. Como moraleja, la frase del Nobel de Física Heinrich Rohrer: "La Ciencia y la tecnología no son compartimentos separables como algunos predican cuando tratan de vender como oro lo que es hojalata cubierta de purpurina".

No es de extrañar que el Consejo Nacional de la Ciencia y la Tecnología de Estados Unidos haya declarado la Nanotecnología como una prioridad básica de Investigación, invirtiendo en ella el pasado año unos 300 millones de euros. Y el presidente Clinton anunció que el próximo presupuesto dedicaría más de 1.200 millones de euros. En España hay un grupo de investigadores sobre estos temas, con buen nivel internacional, pero son escasos, están dispersos, y en el nuevo Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2000-2003, la Nanotecnología brilla por su ausencia.