La nanotecnología, a las puertas de una revolución
Hay marca España en esta investigación, pero la asignatura pendiente es la transferencia al mercado
Desde que Richard Feynman hablara de forma visionaria de la belleza de lo invisible en 1959 y de las posibilidades de la miniaturización, refiriéndose a la nanotecnología, ésta ha ido germinando como un activo que promete ser la próxima gran revolución. ¿Y si la ... solución a los grandes problemas estuviera en lo más pequeño, donde las reglas de la física cambian, alumbrando lo micro como un nuevo mundo de enormes posibilidades?
Por eso, los países que han sabido vislumbrar que la nanotecnología es una herramienta estratégica fundamental llevan tiempo posicionándose a la conquista de este terreno que hoy empieza a mostrar sus frutos, despegando en múltiples sectores. España está bien posicionada en esta revolución a nivel de investigación, pero el salto del laboratorio al mercado, el paso decisivo para llegar a la actividad productiva y a la sociedad aún no está consolidado.
Una transición esencial porque el futuro pasa por el mundo nano, que supone el control y manipulación de materiales a nivel atómico y molecular. Alejandro Manjavacas, científico titular en el instituto de óptica del CSIC, apunta que para tener una noción de la escala nanométrica hablamos de «objetos que son del orden de cien o mil veces más pequeños que el grosor de un pelo».
Y es que jugar con la materia en estas dimensiones permite hablar de baterías más duraderas, microprocesadores más rápidos, nanobiosensores para detectar patógenos en los alimentos, células solares más eficientes en edificios con ventanas y paredes inteligentes que retienen el calor o turbinas eólicas marinas resistentes a la corrosión.
La lista es diversa. Cabe la elaboración de nanomateriales para tejidos inteligentes que repelen el agua, no se arrugan o protegen contra el fuego. En la automoción se habla de microfibras de carbono para la producción de motores; en la construcción de materiales de ladrillos que se convierten en baterías. Asimismo, en medicina podemos encontrar nanotecnología para controlar la administración de fármacos o 'quemar' tumores. Y en el área de medioambiente hay nanomateriales para optimizar la remediación del suelo o microesponjas hechas de nanotubos de carbono para limpiar los océanos.
Vía emergente
Jordi Díaz Marcos, Investigador y divulgador en Universitat de Barcelona (Ccitub/IN2UB) y profesor de Materiales, establece que «la nanotecnología es una ciencia emergente que contribuirá significativamente al crecimiento económico. Y algunos de los materiales nanotecnológicos, como por ejemplo el grafeno, están llamados a transformar industrias tan consolidadas como la electrónica y a sustituir al silicio».
Por otro lado, añade que «tenemos las máquinas moleculares y una variedad de las mismas, más 'marketiniana', los nanorobots. Muchas expectativas han crecido alrededor de esta variante de la nanotecnología. También se dice que podrán ser los cirujanos del futuro a muy largo plazo». Y en la frontera del conocimiento y el transhumanismo, figuras como Ray Kurzweil, director de ingeniería de Google, llegó a hablar de nanorobots que permitirían conectar los sistemas nerviosos a la nube para 2030.
Díaz señala que «a través de la multidisciplinariedad y lo que nos aporta el trabajar con materiales muy pequeños estamos viendo que su impacto cubre prácticamente todos los sectores industriales. Y luego la convergencia de tecnologías, como la nanotecnología, biotecnología, IA y ciencias cognitivas, nos darán cosas que ahora no existen».
La nanotecnología según el informe Global Nanotechnology Market presenta un mercado global que superará los 125.000 millones de dólares en los próximos cinco años. Pedro Serena, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, establece que para el desarrollo de la nanotecnología en EE.UU. existe la Iniciativa nacional de nanotecnología. «El Gobierno Federal de EE.UU invierte unos 2.000 millones de dólares al año, a lo que se suma lo que ponen las universidades, las industrias, los estados. Empezó con Clinton y aunque han pasado cinco presidentes de perfiles ideológicos distintos todos mantienen la misma iniciativa de negocio.
El resto de países hacen lo mismo para entrar en la carrera. Una previsión a largo plazo que se ha traducido en que más del 50% de los productos de nanotecnología del mercado vienen de EE.UU. En España entre 2004 a 2011 hubo un plan nacional de acción estratégica de nanociencia y nanotecnología, sin embargo con la recesión se ralentizó. Y antes de eso ya había una red que era Nanospain, fundada en el 2000, de la que soy uno de sus cofundadores», afirma el investigador.
Nanotecnología en España
Número de publicaciones
internacionales
Centros de
investigación
cooperativa
3%
Otros
2%
Fundaciones
6%
2021
2012
1
2
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9
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13
China
EE. UU.
India
Irán
Corea del Sur
Alemania
Japón
Arabia Saudí
Rusia
Reino Unido
...
España
28.538
20.487
6.181
3.667
6.939
7.144
6.775
928
2.896
3.708
3.559
96.972
25.571
21.193
12.236
11.638
9.838
8.344
7.866
6.904
6.786
5.568
Centros
tecnológicos
8%
Universidades
49%
Empresas
14%
CSIC
18%
Patentes en Europa
Patentes en EE. UU.
2021
2013
2021
2013
1
2
3
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5
6
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8
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14
EE. UU.
Alemania
Japón
Corea del Sur
Francia
China
Reino Unido
Suiza
Italia
Países Bajos
...
España
350
243
134
55
145
16
38
47
37
45
10
1
2
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10
21
EE. UU.
China
Corea del Sur
Japón
Taiwán
Alemania
Arabia Saudí
Francia
Canadá
Reino Unido
...
España
3.615
270
501
587
425
248
25
176
85
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879
330
233
242
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141
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68
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36
4.889
824
826
666
556
274
226
209
146
175
33
Fuente: CSIC / NanoSpain / StatNano / ABC
Nanotecnología en España
Tipología de los miembros
de la Red Nanospain
Centros de
investigación
cooperativa
3%
Otros
2%
Fundaciones
6%
Centros
tecnológicos
8%
Universidades
49%
Empresas
14%
CSIC
18%
Número de publicaciones
internacionales
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China
EE. UU.
India
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España
28.538
20.487
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3.667
6.939
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6.775
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2.896
3.708
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Patentes en Europa
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España
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Patentes en EE. UU.
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EE. UU.
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España
3.615
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175
33
Fuente: CSIC / NanoSpain / StatNano / ABC
Nanospain es un aglutinante de los distintos actores implicados en el desarrollo de la nanotecnología, desde universidades y el CSIC, que representan más del 50%, centros de investigación a empresas.
Lo cierto es que el gran escollo de España es la transferencia del laboratorio a la industria, Serena explica que España «en número de artículos producimos los mismos que Alemania y de forma más barata, pero luego en lo que bajamos mucho es en el tema de patentes. La cuestión es que Alemania tiene un conjunto potente de empresas, como Bayer, Siemens o Henkel que son monstruos que invierten mucho en investigación. Por ejemplo, la empresa Volkswagen gasta en I+D unos 15.000 millones. Mientras en toda España, la inversión de lo público y lo privado son 17.000 millones este año».
A España, afirma Serena, le faltan esos titanes de la inversión, y las pymes carecen de recursos suficientes. Aunque hay 'spin off' que nacen de los centros universitarios como fue el caso de Advanced Nanotechnologies, surgida de la Universidad de Barcelona y reconocida como una de las mejores startups de nanotecnología. Pese a todo, Jordi Díaz destaca que «hay grupos de investigación potentes, tenemos 'marca España nano'».
Según Journal Citation Reports (JCR) el 8% de todas las publicaciones científicas en todo el mundo se centran en nanotecnología. Y más del 42% en 2021 han sido publicados por chinos, cuyas patentes se concentran en el mercado de EE.UU, que les interesa más que el europeo. Serena dice que entre los sectores que más se apuesta en nanotecnología está la nanomedicina, y es donde España busca hacerse fuerte.
Nanomedicina
«Hay una explosión en nanomedicina porque los fármacos tardan unos 15 años desde los ensayos clínicos hasta su aprobación. Ahora emergen ideas que empezaron en el año 2000. En EE.UU. ya hay cien nanofármacos. En cambio en alimentación o cosmética empezaron muy rápido, pero con las nuevas regulaciones europeas han frenado el uso de nanomateriales en Europa», explica Serena. Las nanopartículas se usan ya en oftalmología o en vendas contra las infecciones. Un ámbito que se verá impulsado por los fondos europeos del Perte de Salud de Vanguardia que integra la línea de nanofármacos y nanomedicina.
Hay proyectos que abren camino en territorios tan fértiles como el encapsulamiento de fármacos para liberarlos de manera controlada en nuestro cuerpo. De hecho, Luis M. Liz-Marzán, profesor de la Fundación Vasca para la Ciencia (Ikerbasque) y Director Científico de CIC biomaGUNE, afirma que las vacunas contra el coronavirus son el resultado de la nanomedicina. «Las vacunas de Covid tienen la característica especial de que el ARNm tiene el efecto terapéutico, pero para conseguir eso necesitan una vehiculización, porque no se pueden administrar directamente.
Existen un tipo de sustancias llamadas liposomas usadas desde hace tiempo, incluso en cosmética, y tienen la característica de que pueden contener sustancias que son difíciles de disolver en el torrente sanguíneo y liberarlos en el lugar de acción», afirma el profesor. «Y otro de los ejemplos que suelo poner son los test de antígenos que son resultado de la nanotecnología. Esta tecnología con la que funcionan se asemeja a la que se lleva usando durante años en los test de embarazo, y se basa en usar nanopartículas de oro, que lleven adheridos los anticuerpos específicos para reconocer a los antígenos y que se acumulen en las rayitas del test como resultado», destaca Liz-Marzán.
En ese sentido el diagnóstico personalizado se verá revolucionado con la nanotecnología, ajustando el tipo y la dosis de las medicinas a administrar. Existen también tratamientos basados en nanopartículas para aplicarlos a ciertos tipos de cánceres. «Son nanopartículas de oro que actúan sobre un tumor, y luego se irradia con un láser de infrarrojo que produce un calentamiento de esas partículas generando la muerte selectiva de las células tumorales», detalla Marzán.
Este proceso está relacionado con el desarrollo de la nanofotónica que es el modo de interactuar mediante la luz y el calor con las partículas nanoscópicas para obtener resultados. Y es en lo que trabaja el grupo teórico de Alejandro Manjavacas del CSIC. Lo que plantean en suma, es quemar tumores, una idea que ha recibido una beca de la Fundación BBVA. La nanofotónica supondrá una revolución de la electrónica a futuro. El divulgador Díaz señala que «uno de los problemas que tiene la electrónica es que llegamos a los límites de la miniaturización con los transistores, y los láseres son una alternativa».
Energía
Otro sector en boga de la nanotecnología es el energético y un trabajo español que destaca es el intento de convertir el calor corporal en electricidad. Es el proyecto PowerbyU, del que es responsable Marisol Martín, profesora de investigación del CSIC, que explica que «trabajamos con materiales termoeléctricos, capaces de convertir la diferencia de temperatura en electricidad. Lo hemos aplicado para el tubo de escape de un coche que suelta gases a 400 ºC y aprovechando la diferencia de temperatura con el aire convertirla en electricidad para el coche. Ese fue el proyecto anterior, y lo que quiero hacer ahora es usar el que nuestro cuerpo está a unos 36ºC, con lo que hay una diferencia con el entorno».
Con esa pequeña diferencia de temperatura pretende generar electricidad en torno a mil milivatios para dar energía a 'wearables', marcapasos o dispensadores de insulina, es decir dispositivos de ocio o médico que uno tiene que llevar encima. «Todo ello supone ahorro y eficiencia energética porque si todos nos convertimos en una batería, no hay que estar cargando los dispositivos, sino que se autocargan. Y a su vez, es más seguro porque en el caso de dispositivos médicos se te puede olvidar recargarlos, y eso ya no depende de ti», afirma Martín.
El uso de nanorobots es también un planteamiento disruptivo. Salvador Pané, profesor en el Instituto de Robótica y Sistemas Inteligentes y codirector de Multi-Scale Robotics Lab en el ETH Zurich, habla de nanorobots magnéticos que «son estructuras en las que puedes controlar su trayectoria y velocidad». Explica que «su funcionamiento es bastante simple, cualquier persona ha jugado con un imán y trozos de partículas que son magnéticas como clavos de hierro o agujas. El principio es el mismo, aunque más sofisticado para poder controlar el movimiento de estructuras. Mediante una fuerza parecida a la que ejerce el imán con los metales aplicada desde el exterior, el nanorobot camina dentro del cuerpo».
Transversalidad
Estos nanorobots se podrían usar para administrar dosis calibradas de fármacos, reduciendo a casi diez veces la cantidad de fármaco que se administraría de la forma clásica. También podría estimular células nerviosas mediante impulsos eléctricos para hacer que los tejidos se regeneren, y sería útil en lesiones de la médula espinal. Se ha llegado a plantear el uso de nanorobots para el tratamiento de la infertilidad, el llamado 'spermbot' envolvería la cola de los espermatozoides para impulsarlos al óvulo.
Y un área pujante es el de la cosmética, que usa la nanotecnología para resolver el problema de la penetración en las diferentes capas de piel de retinol, ácido hialurónico o vitamina C. Sesderma, es una compañía española que desde 2008 usa la nanotecnología. La transversalidad de la nanotecnología permite saltar de la cosmética a la construcción con una fórmula para que los ladrillos almacenen energía y puedan usarse como baterías. Su funcionamiento consiste en rellenar los poros del ladrillo con unas nanofibras de un plástico conductor, sería una alternativa low cost a las baterías de litio, según decía el investigador Julio D´Arcy.
MÁS INFORMACIÓN
La nanotecnología tiene luces y sombras, Jordi Díaz incide en que se suele olvidar comentar el aspecto ético de la nanotecnología, relacionado con lo que se está desarrollando en el laboratorio. Su impacto sobre la población, la seguridad laboral de trabajar con nanomateriales, las desigualdades entre países pobres y ricos que pueden permitirse esta tecnología o las implicaciones de su desarrollo militar.
Y Pedro Serena incide en que los retos a futuro que ha desarrollado recientemente en su libro blanco de las nanotecnologías tienen que ver con favorecer la financiación y colaboración para generar valor añadido. Y la necesidad de remar en la misma dirección empresa e investigación, sin burocracias excesivas que retarden la escalabilidad y una mayor divulgación de la nanotecnología para todos públicos, dado que por norma no se enseña en los colegios o institutos. En suma, parafraseando a los premios Nobel de química de 2016, con la nanotecnología se conseguirá una revolución como la que supuso los coches, pero acabamos de inventar las ruedas. Aún queda mucho.
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