Ventana al NEGRO
El poder de las cosas pequeñas
El investigador investigado
Serafín no llegó a dar el estirón. Cada año, al llegar su cumpleaños, su padre
Investigando a Mohammed Zougagh descubrimos que se doctoró en la Universidad de Málaga en 2002. Desde entonces, ha formado parte de tres grupos de investigación de las Universidades de Málaga, Córdoba y Castilla-La Mancha. Además, como experto conocedor de la Automatización, Miniaturización y Nanotecnología Analíticas, ha participado en una veintena de proyectos nacionales e internacionales, así como en la publicación de más de setenta trabajos de investigación en revistas internacionales de alto índice de impacto, entre las que se incluyen un libro, tres capítulos de libro y cinco revisiones bibliográficas. Del mismo modo, ha presentado sus resultados en más de 45 congresos internacionales, incluyendo cinco presentaciones orales y una ponencia invitada en el VI Workshop de Nanociencia y Nanotecnología Analíticas celebrado el pasado mes de julio en Alcalá de Henares. Desde 2009 es investigador del Parque Científico y Tecnológico de Albacete (PCYTA), adscrito al Instituto Regional de Ciencias Aplicadas (IRICA) de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM), donde orienta sus investigaciones hacia el uso de la Nanotecnología para resolver problemáticas analíticas en los campos alimentario, ambiental y bioanalítico.
sacaba el grueso lápiz de carpintero dispuesto a señalar en la pared cuánto había crecido, pero su cara de emoción se apagaba nada más comprobar que la estatura del chiquillo tan sólo había aumentado un par de milímetros en los doce últimos meses. Te prometo que las cosas pequeñas cambiarán el mundo – le decía entonces, dispuesto a animar al muchacho – Siempre ha sido así – concluía, antes de volver a guardar en su caja el viejo lapicero. ¿Estás seguro? – preguntaba el joven, buscando sin éxito una explicación a las enigmáticas frases de su padre. Los años pasaron. Y Serafín no creció. En el instituto no fue el más alto de la clase, pero sí el más listo. Y así, nuestro protagonista llegó sin muchas dificultades a la Universidad, donde seguía preguntándose si podría llegar a cumplirse la promesa de su padre. El azar quiso que consiguiera una beca, y que el laboratorio asignado no fuera otro que el de Nanotecnología. Y así fue cómo Serafín comprendió que su padre tenía razón. Las cosas pequeñas podían cambiar el mundo.
“La Nanotecnología contribuirá a resolver los problemas del sector energético en España”
hablamos con_
La Nanociencia como alternativa
MOHAMMED ZOUGAGH
Investigador del Parque Científico y Tecnológico de Albacete
Estudian cómo la nanociencia y la nanotecnología analíticas pueden ayudar a resolver problemas de ámbitos tan diversos como el alimentario, ambiental o bioanalítico. Hoy en Ventana al Negro conocemos el proyecto de investigación dirigido por el investigador del Parque Científico y Tecnológico de Albacete Mohammed Zougagh, dedicado a la exploración de la nanociencia y nanotecnología analíticas como alternativa a la resolución de problemas en el campo alimentario, ambiental y bioanalítico. En concreto, uno de sus principales objetivos es el desarrollo de nuevos métodos de análisis que hagan posible el control y seguimiento de los nanomateriales en una amplia variedad de muestras, incluyendo muestras de alimentos, ambientales y biológicas. En segundo lugar, este equipo de investigación pretende hacer uso de la nanotecnología para simplificar y mejorar la calidad de las medidas analíticas, haciéndose eco de su gran potencial como ciencia y técnica emergente y revolucionaria en muchos aspectos de la investigación actual, y en la transferencia de sus resultados al mundo productivo y a la sociedad.
¿Qué vio Serafín en aquel laboratorio que ahuyentó para siempre sus dudas? ¿Por qué desde entonces confió en el poder de las cosas pequeñas? ¿Qué es en realidad la Nanotecnología? Ya lo dijo el padre de Serafín: “las cosas pequeñas cambiarán el mundo”. Lo que en aquel momento parecía sólo un consuelo surgido de la mente de un padre, el paso del tiempo ha demostrado que era una realidad. La Nanotecnología es una palabra grande que describe cosas increíblemente pequeñas, pero súper poderosas. Para los científicos, es la ciencia que se dedica al estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia y la explotación de sus fenómenos y propiedades a nano escala. ¿Qué tamaño tienen exactamente los nanomateriales? ¿Podía Serafín observarlos a simple vista o necesitaba herramientas específicas para trabajar a una escala tan pequeña? En griego, “nano” significa enano, como Serafín. Los científicos utilizan “nano” como una medida de algo que requiere el uso de microscopios especiales para poder verlo. Para entenderlo, imaginemos que pudiéramos colocar dos millones de puntos a lo largo de los dos milímetros que creció Serafín en los últimos doce meses. El espacio entre dos de estos puntos es un nanómetro. Se trata de algo más pequeño que una célula de nuestro cuerpo, mucho más pequeño que la cabeza de un alfiler o más delgado que un cabello de nuestra cabeza. Las cosas de tamaño nanométrico (milmillonésima parte de un metro) son muy pequeñas para que podamos verlas a simple vista, ni siquiera podemos verlas con un microscopio común. Los investigadores utilizan herramientas especiales para explorar y manipular las cosas en esta escala. Una herramienta muy importante es el “microscopio de sonda de barrido”, capaz de detectar y reproducir imágenes de cosas tan pequeñas como un átomo.
Ventana al Negro es un espacio concebido para difundir el conocimiento y la cultura científica en la sociedad. En su elaboración colaboran investigadores de la Universidad de Castilla-La Mancha e investigadores INCRECYT del Parque Científico y Tecnológico de Albacete, gracias a la dinamización generada por el Proyecto Europeo Winetech Plus.
¿A qué cree que se refería el padre de Serafín al asegurar que las cosas pequeñas siempre habían estado presentes a lo largo de la historia? ¿Acaso no somos los primeros en hacer uso de la Nanotecnología? Tenía razón el padre de Serafín, el ser humano utiliza la nanotecnología desde hace siglos. Un bello ejemplo es la copa de “Lycurgus” que fue fabricada en torno al siglo IV a.C. en Roma. A la luz del día la escena mitológica aparece representada en tonos verdes y opacos. Cuando se la ilumina desde dentro adquiere tonos rojos y translúcidos. Las responsables de estos cambios de coloración son las nanopartículas de oro y plata con las que está elaborada esta copa. Otro ejemplo interesante del uso de la Nanotecnología en el pasado es la coloración del vidrio de las ventanas de las catedrales. Los diferentes tonos se obtenían calentando y enfriando el vidrio de forma controlada. Mediante ese proceso lo que se consigue es cambiar el tamaño de los cristales a nivel nanométrico, y por tanto su color. Así que la Nanotecnología no es un invento precisamente reciente. De esa manera, ¿eran conscientes las antiguas civilizaciones del uso que hacían de ella? En absoluto. La Nanotecnología siempre ha existido entre nosotros sin saberlo. Si no, viajemos al antiguo Oriente y visitemos a los Omeyas de Damasco, que allá por la Edad Media consiguieron fabricar las espadas más afiladas de la historia usando nanotecnología sin saberlo. Los filos empleaban el acero fundido con una técnica desarrollada hace más de 2.000 años en la India, en la que los artesanos añadían madera y otros restos orgánicos a sus hornos, para obtener espadas de acero impregnado en carbono capaces de cortar, con su afiladísima hoja, un pelo en caída libre. Recientes estudios han revelado la existencia de materiales manométricos en su composición llamados “nanotubos de carbono”. Estos nanotubos son unas nanopartículas cilíndricas huecas que oscilan entre 1 y 100 nm, con unas propiedades singulares como la alta conductivi-
Ventana al NEGRO Idea y dirección_ Manuel Carmona Delgado Redacción_ María García Vidal Ilustración_ Mª Dolores Alfaro Cuevas Dinamización _ Luis Gayoso y Francesc Verdaguer
dad, la gran capacidad de absorción molecular y una dureza extraordinaria. En una ocasión, nada más comenzar a trabajar en el laboratorio de la Universidad, Serafín explicó a su padre cómo la Nanotecnología también estaba presente en diferentes productos del mercado, como por ejemplo en la industria alimenticia. ¿Significa eso que comemos alimentos con Nanotecnología? Si es así, ¿a qué sabe exactamente? Aunque no nos lo indican en las etiquetas (¿será porque son tan pequeñas?) seguramente hemos comprado y usado productos con nanotecnología. Se estima que hay más de 1.000 productos con Nanotecnología que ya están en el mercado: desde pelotas de tenis a protectores solares o calcetines sin olores. En cuanto a la industria alimenticia, os aseguro que la Nanotecnología ya está presente en los estantes de los supermercados. Diminutos nanomateriales forman parte de multitud de alimentos procesados como bebidas gaseosas, helados o chocolates, que permiten reducir los contenidos de grasas, carbohidratos y calorías, favoreciendo así su consumo como alimentos “saludables”. Se están produciendo también envases de alimentos nanotecnológicos para aumentar la vida útil de los alimentos. En un futuro próximo, la Nanotecnología podría ser usada en todas las fases de producción de los alimentos, desde el cultivo hasta el procesamiento y la distribución. En ese caso, ¿la Nanotecnología puede ser peligrosa para nuestra salud? ¿Es posible que entrañe algún tipo de amenaza? ¿Tendremos que desarrollar mecanismos para protegernos de ella? Como todas las tecnologías, la Nanotecnología tiene sus beneficios y sus riesgos. A medida que las sustancias químicas se hacen más pequeñas, sus comportamientos y características pueden cambiar, y determinados nanomateriales poseen propiedades que no se encuentran en sus equivalentes a tamaño natural. Estas nuevas propiedades que poseen los nanomateriales pueden dar lugar a nuevas formas de riesgo. La regulación de la Nanotecnología es difícil, debido a que las nanopartículas son difíciles de detectar. Los científicos y las personas que desarrollan las políticas de protección están trabajando para evaluar los riesgos de las Nanotecnologías y decidir qué regulaciones especiales se necesitan para proteger a las personas y al medio ambiente. Serafín también habló a sus amigos de las posibilidades de la Nanotecnología para combatir enfermedades, e incluso controlar plagas en la agricultura. ¿Cree que estaba en lo cierto? ¿La misma tecnología es capaz de solucionar problemas tan diversos? ¿O tal vez existen distintas clases de Nanotecnología? Serafín estaba en lo cierto. Actualmente existen en el mercado multitud de productos que ofrecen las ventajas de los nanomateriales en diversas de esferas. Por ejemplo, los protectores solares cuentan con nanopartículas que, por su reducido tamaño, además de proteger la piel de la radiación solar, evitan aquel color blanquecino resultante después de aplicar el producto. En el campo de la medicina y la farmacología encon-
tramos vendajes con nanopartículas de plata para evitar la infección de las heridas, o dispositivos nanoestructurados para el suministro de medicamentos en determinados lugares del cuerpo humano, que detecten células enfermas para ayudar en el diagnóstico de enfermedades e incluso detener hemorragias. En la agricultura ya se han llevado a cabo numerosos estudios nanotecnológicos. Un gran avance en este sector es la creación de nanoplaguicidas que impiden la germinación de las semillas de las plantas no deseadas. En una ocasión, llegó incluso a hablar de Nanomedicina. ¿A qué cree que se refería? ¿A hospitales diminutos, quizás? La Nanomedicina es una nueva disciplina que trata el uso de la Nanotecnología en las Ciencias de la Salud, y que tiene como objetivo el desarrollo de herramientas para diagnosticar, prevenir y tratar enfermedades cuando están todavía en estados poco avanzados o en el inicio de su desarrollo. Uno de los grandes retos en este proceso reside en el desarrollo de “nanoterapias”, que se puedan dirigir de forma selectiva a los tejidos y órganos enfermos, evitando así los efectos secundarios, inevitables con los tratamientos actuales. Investigaciones ya realizadas han logrado desarrollar nano-aparatos capaces de detectar un cáncer en la fase muy preliminar, localizarlo con extrema precisión, proporcionar tratamientos específicamente dirigidos a las células malignas y medir la eficacia de dichos tratamientos en la eliminación éstas. Pepe Luis, el mejor amigo de Serafín, que conducía un taxi para costear sus estudios, se frotaba las manos pensando en la cantidad de dinero que se ahorraría en gasolina. ¿Acaso la Nanotecnología es capaz de llenarnos gratis el depósito del coche? No es así exactamente, pero algo de gasolina ahorraremos en el futuro gracias al uso de la Nanotecnología en la industria del automóvil para lograr mejores rendimientos. Actualmente se está investigando la incorporación de nanomateriales para el esfuerzo estructural y la seguridad; catalizadores de nanopartículas para ahorrar combustible, nanoaditivos para lubricantes, revestimientos de fácil limpieza, pinturas resistentes a ralladuras, antivaho, antidesgaste, anticorrosión y autorreparables. Don Jacinto, el tío de Serafín, trabajaba entonces en el sector de la construcción. Tras conversar con su sobrino, contaba con alegría cómo la Nanotecnología podría llegar a fabricar materiales más fuertes que el acero, pero infinitamente más ligeros. Realmente se trata de ciencia ficción… ¿o no? La Nanotecnología está facilitando materiales más ligeros y resistentes, con menor impacto ambiental e incluso autoadaptables e inteligentes. Algunos avances conseguidos en este sector es la adición de nanotubos de carbono al hormigón para incrementar su resistencia y evitar la propagación de grietas. Otro avance es la mejora del acero para armaduras mediante su modificación con nanomateriales, para obtener una resistencia similar a la de los aceros inoxidables, de menor coste y con propiedades mecánicas superiores a los aceros de alta resistencia. Existen también pinturas que incorporan nanomateriales
con propiedades de auto-limpieza y protección anti-grafiti ecológicas sin disolventes, que se secan en menos de cinco segundos y que resultan más económicas que las pinturas convencionales. Durante las calurosas tardes de verano, Serafín aseguraba que sería maravilloso poder descansar a la sombra de microscópicos árboles llamados “nanotrees”. ¿Nos tomaba el pelo? ¿Existen realmente esos árboles? ¿Cuál es su función? De momento tendremos que seguir descansando a la sombra de árboles macroscópicos. Los nanoárboles o “nanotrees”, sí existen y tienen mucho que ver con el sol. Cada nanoárbol se cultiva en una solución que contiene zinc. En ella se plantan nanocables, capaces de transformar el agua en combustible de hidrogeno en forma de gas, a partir de la energía solar, y sin necesidad de usar combustibles fósiles. El hidrógeno resultante podría utilizarse en pilas para alimentar edificios o vehículos, sin generar gases de efecto invernadero. El gran reto que plantean ahora estos ingenieros es la creación de una pila especial con dos compartimientos - cátodo y ánodo - para recoger el hidrógeno y, en última instancia, producir electricidad controlada. Sin duda se trata de un gran avance nanotecnológico que da luz a una nueva forma de generar combustible limpio. Además de contribuir al diagnóstico y tratamiento de enfermedades, y de favorecer el control de plagas en la agricultura, y de colaborar en el diseño de nuevos materiales, ¿qué otros problemas puede solucionar la Nanotecnología? La Nanotecnología puede contribuir a resolver los problemas que hoy se presentan en el sector energético en España. Últimamente se ha demostrado que los paneles solares que incorporan nanotecnología son más eficientes que los paneles estándares diseñados para convertir la luz solar en electricidad, prometiendo una potencia energética solar barata y limpia en el futuro. Actualmente, en el campo electrónico se trabaja en la fabricación de ordenadores incorporando nanomateriales que tengan una capacidad de velocidad y memoria infinitamente superiores a la de los aparatos actuales. Serán sistemas informáticos capaces de emular el cerebro humano e interactuar como él. El padre de Serafín, su mejor amigo, su tío… Todos estaban maravillados ante las posibilidades de aquella tecnología de la que Serafín hablaba sin cesar tras largas tardes de trabajo en el laboratorio. En alguna ocasión les oí afirmar que sin duda la Nanotecnología cambiaría el mundo. ¿Es eso cierto? ¿Se había cumplido la promesa que su padre hizo a Serafín? En su conferencia de 1959 titulada “¿Hay mucho espacio al fondo?”, Richard Feynman” dejó conmocionado a todo el público cuando planteó la posibilidad de escribir los 24 volúmenes de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler. Feynman planteó un futuro con posibilidades ilimitadas. Ahora todo es pura realidad, aunque sea algo desconocido para la mayoría de la gente, la Nanotecnología ya se deja sentir día a día en distintos aspectos entre nosotros. Está presente en gafas de sol cuyos cristales no se pueden rayar, en raquetas de tenis que poseen una flexibilidad y una resistencia impensables ya hace unos años, en alimentos para mejorar la calidad o prendas de vestir que no se arrugan ni se manchan. En fin, la Nanotecnología está cambiando nuestra vida, y la seguirá cambiando en los próximos años porque aún queda mucho camino por recorrer.