Resulta tentador decir que la nanotecnología lleva mucho tiempo con nosotros; solo que hemos sido incapaces de verla. Esto suele aplicarse a casi cualquier revolución tecnológica, pero en este caso, por razones obvias, la frase adquiere un sentido más profundo e irónico. Un nanómetro es un millón de veces más pequeño que un milímetro y en él caben cuatro o cinco átomos en fila. Los científicos hablan de «revolución invisible», y no es para menos. Durante mucho tiempo, la nanotecnología ha formado parte de esa nebulosa de «herramientas del futuro» de incierta fecha de llegada a nuestra sociedad. Pero como ocurre con otras muchas tecnologías habilitadoras, los avances se producen a un ritmo mayor del que somos conscientes como ciudadanos.

La nanotecnología engloba, en líneas generales, la manipulación y fabricación de moléculas a escalas nanométricas, es decir, a un tamaño imperceptible para el ojo humano. Aunque pueda parecer una revolución de ayer, en el ámbito científico se trabaja en lo nano desde los años sesenta. El «padre» de esta revolución, el premio Nobel de Física Richard Feynman, hizo referencia en un discurso titulado There's Plenty of Room at the BottomLo que traducido sería En el fondo hay espacio de sobra. a la manipulación directa de los átomos. Luego, el término «nanotecnología» per se fue acuñado en 1974 por el profesor de física Norio Taniguchi. Desde entonces, los nanoavances se han producido a un ritmo mucho mayor del que hemos sido conscientes.

Las aplicaciones de la nanotecnología son casi infinitas. En la actualidad existen casi 9.000 productos que han sido fabricados a partir de nanotecnología, según recoge la Nanotechnology Products Database. Esta técnica se puede emplear, y ya se está haciendo, para cubrir necesidades en campos tan diversos como la medicina, la agricultura, la electrónica, la movilidad, la sostenibilidad, el textil o incluso la cosmética. Por ejemplo, los nanotejidos y las nanofibras han permitido durante la pandemia fabricar mascarillas mucho más eficientes ante la propagación del virus. La industria de la automoción ya está beneficiándose de mejoras en los materiales con que se fabrican los componentes de los coches. Uno de los objetivos clave a medio plazo en este sector es sustituir el acero de los chasis de los coches por el carbono, más flexible y a la vez más fuerte.

Nanotecnología para la «nueva normalidad». Fuente: Shutterstock

También en el sector del agua se está invirtiendo en importantes avances: con la nanotecnología, es posible obrar «milagros» tales como potabilizar grandes cantidades de agua a través de la zeolita, un mineral que puede filtrar los fluoruros del H2O, o eliminar residuos radiactivos utilizando nanopartículas de magnetita.

En España, el grupo Acciona recubre algunos de los edificios que construye con un material fabricado en un laboratorio a escala nanométrica. Las nanopartículas de dióxido de titanio aplicadas al cemento son capaces de reducir la contaminación del aire de una ciudad, además de mantenerlo limpio durante mucho más tiempo.

La lista sigue y sigue.

Nanotecnología aplicada al campo andaluz

En Andalucía, la investigación y aplicación de nanotecnología se está centrando en campos como la agricultura, la sostenibilidad y la salud. En el primer caso, el Ifapa (Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera de Andalucía) está investigando los beneficios que podrían obtener los agricultores al implementar la nanotecnología en su actividad. Esta investigación se ha materializado en el proyecto Hypatia, una iniciativa conjunta del Ifapa y de las Universidades de Insubria (Italia) y Granada.

El riego y uso de fertilizantes es fundamental para la comunidad andaluza. Fuente: Shutterstock

El proyecto parte de unos estudios que demuestran la eficacia del uso de nanoformulaciones en los fertilizantes. Los investigadores han comprobado los efectos que tiene en el trigo duro la aplicación de nanopartículas de un componente natural de los huesos rico en fósforo (hidroxiapatita) enriquecidas con nitrógeno. De esta forma, es posible disminuir la cantidad de fertilizante en un 40% en comparación con los tratamientos convencionales, sin que esto afecte de forma negativa al rendimiento ni a la calidad del grano.

Desde el Ifapa, anuncian que la nanotecnología puede llegar a resolver muchos de los problemas habituales del campo. Por ejemplo, puede servir para alterar los sistemas inmunes y reproductivos de insectos perjudiciales, para combatir microbios patógenos, o para estimular las defensas naturales de las plantas. «Estas técnicas tienen también aplicaciones de mejora de la nutrición vegetal a través del empleo de un componente de los huesos (nanohidroxiapatita) como portador de nutrientes. Especialmente útil para aportes adicionales de fósforo y nitrógeno, este sistema carece, además, de impacto negativo en la comunidad microbiana de la raíz de los cultivos», comentan desde el Instituto.

Por otro lado, los expertos han observado que el tratamiento de semillas con nanomateriales consigue incrementar el crecimiento y rendimiento de algunos cultivos. También se ha descubierto que las nanopartículas de hierro son capaces de eliminar elementos tóxicos del agua de riego. Además de las investigaciones dirigidas a avanzar en este campo, el Ifapa lleva a cabo importantes labores de divulgación entre los profesionales agrícolas. El objetivo es dar a conocer a los agricultores las ventajas de apostar por la nanotecnología, y con este fin se ha publicado el informe Nanotecnología: buscando agroquímicos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

Nanocelulosa: ¿el plástico del futuro?

El grafeno, los nanotubos de carbono y la nanocelulosa lideran la lista de materiales llamados a revolucionar la industria en las próximas décadas. Igual que otros supermateriales, la nanocelulosa ha estado presente de forma natural en nuestro entorno desde siempre, concretamente en árboles y plantas. La nanocelulosa es ligera, fuerte y rígida. Posee un alto coeficiente de resistencia respecto a su peso y es estable en cuanto a los cambios de temperatura. Es transparente y se dilata poco con el calor. Además, por ser un derivado de la celulosa, materia prima producida en grandes cantidades por las plantas, es renovable y respetuosa con el medio ambiente.

La nanocelulosa se presenta ya como una alternativa ideal para la fabricación de coches más resistentes y eficientes, para usos médicos y sanitarios —por poner un ejemplo, su capacidad conductora hace de ella un material idóneo para fabricar membranas necesarias en procesos de filtrado, como los tratamientos de diálisis para enfermos del riñón—, para limpiar los mares y océanos, o para mejorar otros materiales, como el plástico y el papel. Precisamente en este campo es donde está invirtiendo la Fundación Andaltec, un Centro Tecnológico Nacional con sede en Martos (Jaén) cuya misión es aportar valor a las empresas del sector del plástico mediante la prestación de servicios avanzados de carácter innovador.

Recientemente, Andaltec ha arrancado el proyecto I+D BioNanocel, basado en el desarrollo de envases plásticos a partir de celulosa obtenida de residuos de biomasa vegetal. El objetivo: dar con un material plástico sostenible para la industria alimentaria y con propiedades mejoradas, con el que se puedan reutilizar los residuos de biomasa vegetal procedentes de la actividad agraria; residuos que en la actualidad no tienen un uso claro. A pesar de que José Antonio Rodríguez Liébana, técnico de laboratorio de la Fundación Andaltec, nos ha confirmado que el proyecto se encuentra aún en fase inicial, sus investigadores ya están trabajando en sintetizar plásticos biodegradables y compostables que sirvan como materia prima para la fabricación de envases alimentarios.

La nanotecnología en busca de la máxima sostenibilidad. Fuente Shutterstock

«La biomasa vegetal se compone mayoritariamente de celulosa, hemicelulosa y lignina, tres componentes con enorme interés. La celulosa, que es uno de los polímeros más abundantes en la naturaleza, es el componente mayoritario en los residuos agrícolas. Este biopolímero puede servir como base para la síntesis de una gran variedad de productos [...] con un gran potencial para ser usados en aplicaciones de envases en la industria alimentaria», afirma José Antonio Rodríguez.

El proyecto se basa en un hecho crucial: el sector agroalimentario genera a día de hoy un 22% de todos los residuos de nuestro país. El desarrollo de nuevos productos y procesos más sostenibles a partir de residuos agrícolas daría salida a una enorme cantidad de material orgánico desechado. Este material proviene de procesos como la poda de olivo, del cañón de girasol o de la madera de la plantación de algodón. El proyecto BioNanocel aspira a que de la biomasa generada por estos procesos se extraiga nanocelulosa y acetato de celulosa, dos supermateriales que podrían aplicarse al sector del envasado alimentario.

«Esta iniciativa ayudará a demostrar que el plástico es el mejor material para el packaging alimentario, pues a su bajo coste y ventajas para la conservación y transporte de los productos, se une que puede ser sostenible y de bajo impacto ambiental: de origen vegetal, compostable y con menor consumo de agua y emisiones de gases de efecto invernadero en su proceso de fabricación», asegura José Antonio Rodríguez.

La revolución de la salud pasa por la nanomedicina

La salud ocupa una de las posiciones más favorecidas en cualquier innovación que se lleve a cabo. También en el campo de la nanotecnología, el tratamiento de trastornos y la mejora en la calidad de vida son una prioridad absoluta para los investigadores. La nanomedicina es, en líneas generales, la aplicación de la nanociencia y la nanotecnología a los aspectos médicos. Existen a día de hoy dos grandes áreas de aplicación fundamentales: el nanodiagnóstico y los sistemas nanoterapéuticos. Según el profesor Ezequiel Perez-Inestrosa Villatoro, responsable de la comunicación institucional de BIONAND, el enfoque a medicina personalizada y a resolución de problemas clásicos de la medicina tradicional son los campos donde la nanomedicina tendrá un avance más directo en la salud pública.

Como toda área científica de reciente aplicación, los resultados en nanomedicina son aún preliminares. Sin embargo, algunos resultados en nanosistemas terapéuticos y nanodiagnóstico en Andalucía son ya referentes en su aplicación preclínica. Este es el caso de BIONAND, el Centro Andaluz de Nanomedicina y Biotecnología. Se trata del primer centro nacional dedicado a la investigación en nanotecnologías aplicadas a la salud. Es un espacio de carácter mixto participado por la Junta de Andalucía y la Universidad de Málaga. Siendo el principal referente andaluz en este campo, el centro se encarga de promocionar, por un lado, la transferencia de conocimiento entre sus grupos de investigación y el sector empresarial, y por otro, el desarrollo de investigaciones clínicas en nanomedicina orientadas a resolver problemas de salud.

BIONAND fue creado como un espacio de investigación multidisciplinar, donde diferentes profesionales de los ámbitos de la salud, la universidad y la empresa pudiesen interactuar. Este diálogo posibilita la creación de nuevos sistemas de diagnóstico, prevención y tratamiento de enfermedades, a partir de la creación de materiales y herramientas de nivel nanoscópico. Actualmente en el centro se desarrollan proyectos de investigación a niveles regional, estatal y europeo, estos últimos gracias a proyectos H2020 financiados a través de la plataforma EuroNanoMed.

Una labor parecida realizan desde la Universidad de Cádiz, donde el grupo de investigación INNANOMAT trabaja en la relación entre la nanoestructura de los materiales, su procesado y su función, para producir nuevos materiales y productos innovadores con potencial de mercado. Un campo específico de este trabajo se encuentra en la llamada «fabricación aditiva» o impresión 3D. La comunión entre nanotecnología e impresión 3D puede dar lugar a avances tan sorprendentes como ayudar a congelar y destruir tumores minúsculos y así evitar su crecimiento, fabricar ojos artificiales cuyo funcionamiento replica el de la retina humana, o incluso crear geometrías previamente imposibles, como las que es capaz de realizar la microimpresora 3D de esta startup danesa.

Los expertos aseguran que la nanotecnología cambiará nuestras vidas, pero lo cierto es que ya lo está haciendo. Hoy en día contamos con una gran cantidad de nanomateriales en el mercado, pero muchas de las grandes promesas de futuro de esta innovación aún están por llegar. Movilidad, sostenibilidad y salud siguen siendo los tres pilares fundamentales sobre los que se sostendrá la nanotecnología a largo plazo. Cambiar las propiedades intrínsecas de los materiales supone una nueva revolución industrial que varios sectores de la economía andaluza ya están abrazando. Solo nos queda seguir con atención el avance de un sector que promete revolucionar nuestras vidas en las próximas décadas.