Vasos sanguíneos vistos con un microscopio electrónico de barrido regulado a 130 aumentos. de cielo y tierra. Foto: Phaidon

La nanotecnociencia ha permitido estudiar materiales como el grafeno, 100 veces más resistente que el acero y con un espesor de un átomo. Sánchez Ron aborda el mundo de lo más pequeño, una revolución en la investigación que está cambiando nuestras vidas.

Uno de los fines primordiales de la ciencia es ir más allá de lo conocido, identificar aquello que se oculta a nuestros muy limitados sentidos, y, por supuesto, encontrar las leyes que gobiernan su comportamiento. Existe mucho más de lo que nuestros ojos pueden ver, restringidos como están a reaccionar ante radiaciones dentro del estrecho rango denominado "luz visible": somos ciegos, aunque no insensibles, a las ondas radio, microondas, radiación infrarroja y ultravioleta, rayos X y gamma, asociadas todas ellas a objetos y fenómenos reales. Pensemos, asimismo, en otro ejemplo, el de que en nuestros esfuerzos por identificar toda la vida existente en la Tierra no basta con adentrarse en los tupidos bosques tropicales, que acogen miles y miles de especies, aún escondidas a las búsquedas de los naturalistas; también ha sido necesario idear medios para explorar hábitats excepcionales (profundidades marinas de 11.000 metros, ambientes de muy elevada acidez o temperatura...) en los que se pensaba que no podría existir vida, pero que hoy sabemos acogen organismos apropiadamente denominados "extremófilos". Pero el ejemplo más claro, e históricamente más dilatado, de "ir más allá" se halla en el estudio de la estructura de la materia. En el antiguo mundo heleno, pensadores como Leucipo o su discípulo Demócrito dieron origen a lo que se denominó "atomismo", la idea de que la materia está constituida por unidades, átomos, indivisibles e inmutables. Pero de cómo eran éstos y de sus posibles variedades, poco pudieron decir que hoy nos resulte aceptable: en general, la naturaleza no se descubre pensando, sino observando.

Aunque con anterioridad surgieron indicios de cómo estaba organizada la materia a nivel elemental, el primer constituyente básico identificado fue el electrón (J. J. Thomson, 1897), y en lo que respecta al átomo hubo que esperar a Ernest Rutherford (1911) y Niels Bohr (1913) para que se produjeran avances significativos. Luego, a partir sobre todo de la década de 1930, con la llegada de los primeros aceleradores de partículas -los ciclotrones-, comenzaron a descubrirse más y más partículas, tantas que el calificativo "elemental" se hizo sospechoso, como bien mostró la propuesta, en la década de 1960, de los quarks y su posterior identificación experimental.

Todos estos descubrimientos y desarrollos condujeron a una de las cumbres de la ciencia del siglo XX, el denominado "modelo estándar", que permite comprender en gran medida la composición del Universo. Pero los avances en el mundo de lo ultra-pequeño exigían intentar su manipulación en formas, digamos, más operacionales. Y así nacieron la nanociencia y la nanotecnología, o para expresarlo de forma más unificada, la nanotecnociencia, campo de investigación y desarrollo que debe su nombre a una unidad de longitud, el nanómetro, la milmillonésima parte del metro. El pionero que condujo a esta rama de la ciencia fue uno de los grandes físicos del siglo XX, particularmente querido y admirado por sus colegas, Richard Feynman. En una conferencia titulada "Aún queda mucho espacio en el fondo", que pronunció el 29 de diciembre de 1959, Feynman alertó sobre la posibilidad e interés de trabajar en dimensiones mucho menores de las frecuentadas entonces. "Quiero describir un campo", explicaba, "en el que se ha hecho poco, pero en el que en principio se puede hacer mucho. Este campo no es exactamente el mismo que otros, en tanto que no nos dirá mucho sobre física fundamental (en el sentido de ‘¿Qué son las partículas extrañas?'), pero que es más parecido a la física del estado sólido porque puede decirnos mucho de gran interés sobre los extraños fenómenos que tienen lugar en situaciones complejas. Además, un punto que es muy importante es que tendría un enorme número de aplicaciones técnicas. De lo que quiero hablar es del problema de manipular y controlar cosas en un escala pequeña". "No tengo miedo de considerar", añadía, "la cuestión final de si, en última instancia -en un futuro lejano-, podremos manipular los átomos de la forma en que queramos, ¡los mismísimos átomos, todo el camino hasta ellos!".

Manipular átomo a átomo es el propósito de la nanociencia, lo que en realidad es su fundamento. Claro que para lograrlo ha sido necesario algo que Feynman también reclamó en su conferencia: mejores microscopios que los electrónicos entonces disponibles. Y éstos llegaron en 1981, cuando dos físicos que trabajaban en los laboratorios de IBM en Zúrich, Gerd Binning y Heinrich Roher, desarrollaron el microscopio de efecto túnel, un instrumento que puede tomar imágenes de las superficies a nivel atómico. A partir de entonces la nanotecnociencia ha permitido preparar y estudiar materiales con propiedades extraordinarias, como el celebrado grafeno, un material 100 veces más resistente que el acero formado por carbono puro, con estructura similar al grafito pero cuyo espesor es de un átomo. Preparado por primera vez en 2004, exfoliando una muestra de grafito, el Premio Nobel de Física de 2010 se concedió a los físicos de origen ruso Andrey Gueim y Konstantin Novosiolov por su descubrimiento y por lo mucho que aportaron a su conocimiento al estudiarlo con los medios adecuados. Este año ha sido el Premio Nobel de Química el que ha premiado trabajos en nanotecnociencia; concretamente, las investigaciones de Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart y Bernard Feringa, por haber desarrollado moléculas con movimientos controlables; esto es, máquinas moleculares, mil veces más finas que el grosor de un cabello.

Una buena introducción al universo de la nanotecnociencia se puede encontrar en un libro debido a cuatro científicos españoles que trabajan en este campo, José Ángel Martín-Gago, Carlos Briones, Elena Casero y Pedro Serena: El nanomundo en tus manos (Crítica 2014). En él se puede leer una frase que no debemos olvidar: "La nanotecnología se nos muestra hoy como una herramienta capaz de volver a transformar la sociedad como ya lo hiciese la microelectrónica a mediados del siglo XX". Efectivamente, las posibilidades que abre la nanotecnociencia son numerosas e importantes; además de nuevos materiales e instrumentos, las nuevas investigaciones basadas en el ensamblaje molecular parecen facilitar la construcción de nanomáquinas de gran utilidad en diversos campos, incluyendo el de la medicina. Así, ya ha surgido una nueva especialidad, la nanomedicina, que se ha dividido en tres grandes áreas: "nanodiagnóstico" (desarrollo de técnicas de imagen y de análisis para detectar enfermedades en sus estadios iniciales), "nanoterapia" (encontrar terapias a nivel molecular, actuando directamente sobre las células o zonas patógenas afectadas) y "medicina regenerativa" (crecimiento controlado de tejidos y órganos artificiales). De la mano de la nanotecnociencia nos encontramos en el umbral de un nuevo mundo. Uno más de los hijos de la ciencia.