Nanotecnología, un viaje alucinante / Nanotechnology, an amazing journey

Autor: Isabel Cristina López Sardiñas / c_info@myb.jovenclub.cu

NanotecnologíaResumen: El presente artículo aborda el tema de la Nanotecnología, considerado por la comunidad científica internacional como uno de los más “innovadores y ambiciosos” proyectos de la ciencia moderna. Sería provechoso  que las personas tengan una idea general del tema, sus perspectivas y los retos que representan para el futuro. El objetivo principal de este artículo es promover la curiosidad en los  estudiantes de carreras relacionadas con esta ciencia.

Palabras Claves: nanordenadores,  proteínas, nanotecnología, biomédica,  computación, microelectrónica, átomos y moléculas

Abstract: This article addresses the topic of nanotechnology, considered by the international scientific community as one of the most “innovative and ambitious” projects of modern science. It would be helpful for people to have a general idea of the subject, their perspectives and the challenges they represent for the future. Promoting curiosity in career students related to this science will be the main objective of this article.

Keywords: nanocomputers, proteins, nanotechnology, biomedical, computing, microelectronics, atoms and molecules

Introducción

A pesar de conocer la dimensión infinita del conocimiento humano, el hombre piensa constantemente en resolver sus necesidades siempre crecientes con la utilización de tecnologías, esta es la herramienta con la que día a día transforman la  naturaleza y luchan contra las adversidades.

Las enfermedades son prioridad para la comunidad científica ya que la especie humana, en su mayoría,  siente un respeto sagrado por la vida. Esta intención queda demostrada en el cine en la película Viaje Alucinante (1996), del cineasta Richard Fleischer, basada en un relato de Otto Klement y Jerome Bixby. La película narra como un científico que es víctima de un atentado, queda  con un coágulo en su cerebro y  para tratar de salvar su vida un grupo de médicos son miniaturizados e introducidos en un mini submarino al torrente sanguíneo del paciente, con el fin de conseguir disolver el grumo.

Hasta ahora nadie ha pensado en reducir a una persona,  esa idea sigue siendo pura ficción,  pero los científicos sí trabajan en la construcción de ordenadores tan pequeños que puedan introducirse dentro de una célula para rastrear el organismo, reparar lesiones, identificar virus, bacterias y hasta células cancerosas. Estas miniaturas de ordenadores necesitan motores que no excedan del tamaño de una simple proteína.  A esta ciencia novedosa que todavía es incipiente se le conoce como Nanotecnología.

Richard Feynman, premio Nobel de física, por la década de los 50  dijo que: los principios de la física, por lo menos hasta donde él consideraba, no dicen que sea imposible manipular las cosas átomo a átomo (1959).

Los nanotecnólogos usan la escala atómica y consideran el átomo como materia prima para construir máquinas inteligentes vistas solo por potentes microscópicos. Cuando se dice que estas máquinas son inteligentes se hacen asociación directa a la presencia de procesadores que posibilitan la programación de estas máquinas con diferentes fines. 

Desarrollo

Se reconoce que la informática como ciencia surge primero que la Nanotecnología, ya que esta última tuvo que esperar hasta 1982, cuando  Gerd Binning y Heinrich Rohrer, ambos físicos, descubrieron el Microscopio de Efecto Túnel (Premio Nobel 1986), posteriormente, en 1985 se descubren los buckminsterfullerenes (molécula de fullereno esférico con estructura tridimensional en forma de jaula integrada por anillos de carbono unidos en una configuración de icosaedro truncado que asemeja a un balón de fútbol).

Dentro de las semejanzas entre estas ciencias tenemos la informática con su sistema binario y la Nanotecnología con sus nanómetro que  es la unidad de longitud que equivale a una mil millonésima parte de un metro (1 nm = 10−9 m) o sea 1m =  1000000000 nm.  Hasta ahora ha sido usada para medir la longitud de onda de la radiación ultravioleta, radiación infrarroja y la luz.

Para hacer una comparación y que se comprenda lo pequeño del asunto, un cabello es de unos 10 000 nanómetros de ancho y el más pequeño de los aparatos electrónicos construidos  mide 10 nanómetros. 

Cuando se analiza la Informática a nanoescala los Microprocesadores son  más eficientes y aumentan su desempeño, su velocidad y su poder de procesamiento. La capacidad de almacenamiento aumentaría y disminuiría drásticamente el tamaño de los dispositivos, un tipo memoria flash de nanotubo podría tener una capacidad potencial de 40 gigas por centímetro cuadrado y 1000 terabits por centímetro cúbico. Por lo que las Computadoras cuánticas serían casi invisibles y almacenarán información en qubits.

Ello evidencia que ambas se complementan para  revolucionar el mundo e impulsar muchísimas otras ciencias, especialmente la medicina. 

Para trabajar a esta escala se necesitan instrumentos especiales como el Microscopio de efecto túnel. Con él se está tratando de crear estructuras funcionales para distintos usos en medicina, para ello también se utiliza la tecnología del chip de silicio.

El cuerpo humano  funciona a nivel  de átomos y moléculas. Pero en ocasiones puede  haber fallos,  para resolver estos problemas o por lo menos intentarlo,  los médicos usan los fármacos y la cirugía.

Los fármacos interactúan con el organismo humano, combaten infecciones, estabilizan determinadas concentraciones de sustancias y logran hasta quitar el dolor, pero no pasan de ser reacciones químicas. Por otra parte la cirugía resuelve importantes problemas a nivel de tejido y de órganos, pero la más exacta no puede reparar una célula o una molécula de ADN.

La nanotecnología, ofrece otras posibilidades a esa situación. Las máquinas moleculares están dirigidas por nanoordenadores con sensores que brindan datos a programas, los que realizan determinadas acciones a nivel molecular y hasta celular. Es por ello que esta ciencia  representa una revolución biomédica y el viaje alucinante anunciado por el cine cada día está más cerca. 

Robert Freitas (2003), investigador y autor del libro Nanomedicine, reconoce al carbono como el principal elemento que constituirá los nanorobots, estos no tendrán ni piezas plásticas ni de materiales duros, sino que están formadas por ADN, hidrógeno, azufre, oxígeno,  nitrógeno y  silicio.

El respirocito es un buen  ejemplo de nanorobot médico, es como un glóbulo rojo artificial, mide una micra (unidad de longitud equivalente a una milésima parte de un milímetro) e imita la acción de la hemoglobina natural,  puede liberar una cantidad 236 veces mayor de oxígeno por unidad de volumen que un glóbulo rojo natural. Una vez que estas máquinas cumplan el objetivo pueden ser desactivados temporalmente o definitiva, cuando ya no se necesiten más el cuerpo los desechas por las vías normalmente usadas o son retirados por el médico.

Hasta el momento solo se cuentan con  muchos diseños teóricos propuestos pero no hay ningún nanorobot en funcionamiento, no obstante el doctor Meyyappan, Director del Centro para la Nanotecnología de la Nasa (2005), plantea que la nanotecnología no es ciencia ficción sino una realidad. Además expone que está basada en principios fundamentales de la biología, pero hay que tener en cuenta que acaba de empezar y que queda un largo camino por recorrer.

Las aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología según investigadores de la Universidad de Toronto en Canadá son: 

·         Monitorización de la Salud.

·         Producción agrícola.

·         Tratamiento de aguas.

·         Control de desnutrición en lugares pobres.

·         Detección y control de plagas.

·         Almacenamiento, producción y conversión de energía.

·         Tratamiento de enfermedades.

·         Sistemas de administración de fármacos.

·         Procesamiento de alimentos.

Colosos de la talla de IBM, Intel y NEC invierten millones en la  Investigación y Desarrollo de este campo, aplicando estos conocimientos a la fabricación de componentes.

Los gobiernos de los países más desarrollados muestran mucho interés en la nanotecnología, ya que podría mejorar mucho las industrias tradicionales, como la textil y del calzado, y de los sectores sanitario, automotriz y alimenticio.

Este seguimiento de los medios demuestra el interés de Cuba en la aplicación de estos adelantos, y es bien reconocido internacionalmente el gran desarrollo de los cubanos en las ciencias médicas, así como en la biotecnología. 

Hoy el desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología en América Latina es reciente, en comparación con el mundo.  La nanomedicina es una de las áreas que más puede contribuir al avance sostenible del Tercer Mundo, proporcionando métodos de diagnóstico de enfermedades, sistemas para la administración de fármacos y para la monitorización de  parámetros biológicos.

En Cuba se están desarrollando investigaciones en ese campo. Ya desde el año 2001 se realizan talleres de nanociencias y nanotecnología, y se trabaja en el Observatorio Cubano de Ciencia y Tecnología del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente (CITMA) sobre este tema.

Para Cuba, su desarrollo es estratégico, no solo por los ingresos que pudieran recibirse en  sectores como la biotecnología o la energía, sino porque en el futuro será imprescindible saber cómo están hechas las tecnologías que compramos, los medicamentos, la ropa, incluso los alimentos, ya que en ellos se usan nanopartículas. 

Según declaraciones del Doctor Honoris Causa en Ciencias Nucleares Fidel Castro Díaz-Balart,  asesor científico del Consejo de Estado Cubano, gracias al desarrollo de la nanotecnología y la bioinformática, cabe esperar que los ordenadores se sustenten en principios más básicos de la Mecánica Cuántica, y estén hechos de moléculas sintéticas autoensambladas; se contará con nuevos materiales de características asombrosas; con catalizadores químicos tan específicos como las enzimas naturales y el impacto de las ciencias de la vida y de la biotecnología será aún más trascendente y ubicuo. Que mediante una simbiosis entre diversas ramas del saber y la alta tecnología, se producirán con certeza otros tantos adelantos que sería imposible enumerar o prever hoy día (2015).

Este científico cubano,  autor del libro «Ciencia, innovación y futuro», presentado en la primera sesión académica de la 19 Feria Internacional del Libro en Cuba, en el  2010, plantea que Cuba avanza no solo en el estudio de la nanotecnología, sino en su aplicación en la producción biofarmacéutica (2002). El Polo Científico y la Industria farmacéutica, son  organizaciones empresariales, de alta tecnología y productividad, con una calificada fuerza laboral.

Los resultados no se hacen esperar; un medicamento para pacientes trasplantados que constituye el primer producto farmacéutico logrado a escala industrial mediante el uso de la nanotecnología en Cuba, la novedosa formulación de la ciclosporina,  inmunodepresor empleado para evitar rechazos en pacientes con trasplantes de órganos, conseguida por especialistas del Centro de Investigación y Desarrollo de Medicamentos. El doctor en Ciencias Técnicas Orestes Darío López, autor principal de ese trabajo, explica que este diseño es una composición de ese fármaco totalmente soluble en agua, donde la ciclosporina aparece disuelta en forma de nanopartículas en microcápsulas.

El  Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales (IMRE), que coordina la Red de Nanotecnología del Ministerio de Educación Superior (MES), inició hace ocho años esfuerzos importantes en esa ciencia. Dentro de nuestros científicos estamos creando una cultura con respecto a la nanotecnología, a la convergencia de las ciencias necesarias. Tenemos investigadores que aun cuando los equipamientos no existen en Cuba han adquirido esa habilidad en el extranjero.

Pero no todo son ventajas, se corren riesgos y así lo demuestra un trabajo realizado por Daisy Gambino Nodarse,  Médico Especialista de primer  grado en Medicina del Trabajo, Máster en Bioseguridad y Profesora Asistente  del hospital docente clínico quirúrgico «Dr. Salvador Allende»,  de La Habana. Dicho trabajo, presentado en el I Fórum Tecnológico  Especial de Salud y Seguridad en el Trabajo, titulado «Bioseguridad: Tareas Prioritaria en Instituciones de Salud», propone que este tema se estudie con más fuerza puesto que algunos trabajadores lo desconocen (2014).

Expone además que ciertos tipos de nanopartículas, cuando son inhaladas, pueden llegar a la sangre, al cerebro y a otros órganos de  los animales que usan para sus estudios. Provocando efectos adversos como inflamación y fibrosis en los pulmones y otros órganos de los animales de laboratorio.

Las personas pueden estar expuestos a través de tres vías:

·         Inhalación: se considera la ruta más común de exposición.

·         Ingestión: los trabajadores pueden resultar expuestos por el contacto involuntario entre las manos contaminadas y la boca, o por la ingestión de partículas procedentes del aparato respiratorio.

·         Piel: algunos estudios indican que las nanopartículas pueden penetrar la piel, posibilidad que está siendo investigada.

La capacidad que tienen las nanopartículas de dispersarse fácilmente como polvo (por ejemplo, en forma de talco) o como gotas o aerosoles de transmisión aérea, pueden causar una mayor exposición en las personas. Es por esto que resulta de vital importancia que se expongan lo menos posible a  las nanopartículas.

Queda claro que la voluntad humana puede poner la nanotecnología al servicio de la vida o de la destrucción de esta, las nanomáquinas sin sentimientos pudiesen acabar hasta con la más insignificante célula viva.  El actuar solidario de Cuba para con las desgracias humanas deja claro que nunca se utilizaría,  ni esa,  ni ninguna otra ciencia para la destrucción.

El Observatorio Iberoamericano de Ciencia y Tecnología reconoce a Cuba en el lugar sexto en producción de artículos científicos, y se plantea que es un caso sui géneris en el tercer mundo por su capacidad de formación de recursos humanos. Así lo demuestran dos eventos de obligatoria referencia: La Conferencia Internacional bajo el rubro Ciencia de los Materiales en la Era de la Sostenibilidad,  desarrollada  en La Habana durante los pasados días 29, 28 de junio y 1 de Julio de 2015, organizada por el Instituto de Ciencia y Tecnología de los Materiales (IMRE), de la Universidad de la Habana, con el objetivo de aunar a expertos y jóvenes investigadores centrados en los estudios sobre materiales para la producción y el almacenamiento de energía, materiales porosos y sus aplicaciones y aquellos con aplicaciones biomédicas. Como parte del programa se presentaron varias investigaciones, agrupadas en temáticas sobre estructura de los materiales: desde la composición a la arquitectura e Impacto Medioambiental de los Materiales: de lo macro a lo nano.

Y otro no menos importante, celebrado del 14  al 18 de Septiembre del 2015: «El  V Seminario Internacional sobre Nanociencias y Nanotecnologías». Allí un gran número de especialistas cubanos y  de más de 10 países se reunieron para debatir criterios y trazar perpectivas futuras. Este evento organizado por el Centro de Estudios Avanzados de Cuba (CEAC) y la Oficina del Asesor Científico del Consejo de Estado, sesionó  en el Palacio de Convenciones de La Habana y antes de comenzar se impartieron cursos precongreso abordando las temáticas: «Introducción a los métodos de microscopía de sonda para la biología y la medicina», «Introducción a la Nanoscopia», «Nanopartículas magnéticas aplicadas en la medicina», e «Introducción a la Nanoseguridad», a cargo de reconocidos profesores e investigadores de España, Italia, Portugal y Austria.

De este evento el directivo de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, Mihailco, afirmó que «la nanotecnología ha dejado de ser una mera curiosidad científica para inmiscuirse como un elemento importante en los proyectos socioeconómicos actuales». Reconoció en ese aspecto la importancia que tiene el grupo de países BRICS (Brasil, Rusia, India, China y Sudáfrica), debido al impulso que le dan a las naciones en desarrollo que están enfocadas en la potenciación de las nanociencias.

Igualmente, el mundo también se acerca  a los logros de Cuba.  Sobre ello Fidel Castro Días-Balart afirmó que entre los principales retos que la nación caribeña debe enfrentar en ese tema está la creación de recursos humanos altamente calificados, y con ese objetivo se desarrolla desde 2006 un proceso de capacitación para científicos cubanos en varias regiones del mundo, pioneras en ese campo. El Centro de Estudios Avanzados de Cuba está llamado a convertirse en un campo de entrenamiento por excelencia para las próximas generaciones de científicos, tanto cubanos como latinoamericanos, declaró Castro Díaz-Balart.

La nanotecnología estará dentro de los grandes avances tecnológicos que cambiarán el mundo. Para bien, si se usa con buenas intenciones sociales, si se pone en función de los más necesitados y si los precios de venta no adquieren cifras escandalosas, con el fin  de satisfacer intereses de lucro de los capitalistas dueños de las tecnologías. En fin, es necesario que la sociedad esté preparada conscientemente para que esta Ciencia pueda ponerse al servicio de la humanidad. 

Conclusiones

  • La Nanotecnología es una ciencia emergente tanto en Cuba como en el mundo entero, pero posee una vital importancia para crear las bases del desarrollo biotecnológico y biofarmacéutico.  
  • La Nanotecnología también puede utilizarse en función de destruir la vida, por tanto es necesario que los humanos la utilicen de manera ética y responsable.
  • Se espera que estudiantes y profesionales desarrollen la curiosidad y la investigación en cuanto a la Nanotecnología.

 

Bibliografía

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