Nano: la tecnologia diminuta que porta grans avenços

Treballen amb materials que són cent mil vegades més prims que un cabell humà. Però els resultats que obtenen comencen a ser molt visibles. Són els especialistes en nanociència i nanotecnologia, que es mouen en un món diminut, a escala atòmica, i així obtenen materials amb propietats molt especials.

Aquest camp s'està desenvolupant amb força des de fa uns anys i ja ha portat a productes concrets en camps tan diversos com la cosmètica, la medicina o els materials esportius.

L'àmbit de la nanociència és el dels materials que tenen entre 1 i 100 nanòmetres, és a dir, milmilionèsimes de metre. La nanociència estudia les propietats i els fenòmens que es produeixen a la nanoescala i la nanotecnologia seria l'aplicació d'aquesta ciència amb tècniques i instruments que permeten manipular la matèria.

Un nanòmetre són 0,000000001 metres, que es pot expressar com 10^-9 (deu elevat a menys nou). Per això, el 9 d'octubre se celebra als Estats Units el Nanoday, perquè allà escriuen primer el mes i després el dia (10/9).

A Catalunya s'ha celebrat fa poc la primera jornada Nanoday, coorganitzada per la Fundació Catalana per a la Recerca i la Innovació,  ACCIÓ --l'agència de la Generalitat per la competitivitat de l'empresa- i la Cambra de Comerç de Barcelona. Va ser el passat dia 14 i entre altres coses ACCIÓ hi va presentar l'estudi "La nanociència i la nanotecnologia a Catalunya".

Segons aquest informe, actualment a Catalunya hi ha 107 empreses dedicades a la nanotecnologia, que ocupen un total de 779 treballadors. Un 62,6% d'aquestes empreses són pimes, un 25,25% start-ups i la resta són empreses grans que tenen alguna línia de treball en el camp de la nanotecnologia.

Un 53,2% d'aquestes empreses són exportadores. Un 42,9% es dediquen al desenvolupament de nanomaterials, un 42% a  la nanobiologia o la nanomedecina i un 23,4% treballen en nanoelectrònica.

Un dels llocs on es porta a terme recerca punta és l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), ubicat en el campus de la Universitat Autònoma de Barcelona i dedicat a generar coneixement i desenvolupar productes en Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (TIC), salut, energia i medi ambient.

A nivell mundial, es preveu un creixement del 36% anual del sector. El 2020, el valor de mercat mundial de la nanociència i la nanotecnologia era de 1.760 milions de dòlars. Per al 2030 es preveu una facturació total de 33.000 milions de dòlars (més de 28.000 milions d'euros).

Segons la Nanotechnology Products Database, fins ara el sector ha creat 9.391 productes de 2.739 empreses pertanyents a 64 països. Les empreses líders estan dedicades al sector de la química i l'electrònica i són principalment nord-americanes.

Precisament als Estats Units, la promoció pública de la nanotecnologia ja té una mica més d'una dècada. L'any 2000, el president Bill Clinton va crear la Iniciativa Nacional en Nanotecnologia.

Manipular àtoms

La manipulació de la matèria a escala tan petita no hauria estat possible sense la invenció, als anys 80, del microscopi d'efecte túnel i del microscopi de forces atòmiques, que arriben a una resolució de 0,01 nanòmetres i així permeten veure i transformar conjunts d'uns pocs àtoms.

Es tracta d'una mena de Lego o origami atòmic, on aquesta manipulació porta a propietats noves i molt específiques. Es tracta de materials fets a mida, per assolir aquestes característiques concretes.

I això ja ha aportat realitats i té un gran potencial de futur, com s'explica a la web de la Societat Catalana de Nanociència i Nanotecnologia (SCN²), una associació sense ànim de lucre, fundada el 2016 i que té com a objectiu principal "promoure i connectar la nanociència i la nanotecnologia a Catalunya fent-ne partícip el conjunt de la societat".

Un dels materials nascuts de la nanotecnologia és el grafè, format només per carboni i que té un àtom de gruix. Les seves aplicacions són molt importants en electrònica. També cal destacar els nanotubs, formats també només per carboni i amb un diàmetre aproximat d'un nanòmetre.

Tots dos podrien substituir el silici en la fabricació de xips, que portarien a dispositius més petits i potents. El grafè és lleuger, excel·lent conductor de calor i electricitat i té una duresa molt superior a la de l'acer i propera a la del diamant. També permetria desenvolupar pantalles tàctils flexibles.

En el sector de l'energia, els nanomaterials permeten fabricar cèl·lules solars més barates i eficients, lleugeres i flexibles. També aporten pintures hidròfobes per evitar la formació de gel en turbines d'aerogeneradors o resines perquè les aspes dels molins siguin al mateix temps més lleugeres i més resistents.

També permet millorar les bateries d'ions de liti, per assolir una càrrega més ràpida.

De la medicina a la cosmètica

La microelectrònica i les fonts renovables acaben afectant tothom, però el camp de la nanomedicina pot ser el que molta gent vegi més proper. Pel que fa al diagnòstic, els biosensors permetran la detecció precoç de malalties a nivell molecular. Així, es podran localitzar, per exemple, cèl·lules canceroses i aconseguir un diagnòstic precís.

El següent pas seria alliberar un tractament eficaç. Els nanodispositius garantiran que les medecines s'alliberin en àrees específiques i això augmentarà la seva eficàcia i reduirà les dosis requerides. També s'atacaran els tumors sense afectar el teixit sa.

També es podran obtenir filtres molt fins que captin i destrueixin agents nocius.

Algunes treballs recents demostren la utilitat de nanopartícules d'or per atacar el VIH i un medicament eficaç contra un tipus de càncer de fetge basat en nanopartícules d'òxid de ceri.

La nanotecnologia també ha jugat el seu paper contra la Covid, amb mascaretes i altres materials protectors elaborats amb nanofibres i nanopartícules, sistemes de detecció més ràpids i precisos basats en nanobiosensors i amb la nanoencapsulació de proteïnes per a les vacunes.

Un altre camp on ja hi ha productes en el mercat és la cosmètica i higiene. La incorporació de nanopartícules en els cosmètics convencionals millora les seves característiques i propietats. Amb estructures nanomètriques es protegeix el principi actiu, que així és més estable i s'allarga la duració de l'efecte del cosmètic.

Una des les aplicacions més conegudes és en cremes solars, que esdevenen transparents i perden espessor, es poden aplicar amb més facilitat i la pell les absorbeix millor.

En la indústria alimentària destaquen els "envasos intel·ligents", que permetrien allargar el temps de conservació dels aliments, evitar la pèrdua de propietats nutricionals i detectar la contaminació, entre altres utilitats.

Els nanosensors podran controlar l'estat dels aliments i detectar agents patògens. I els nous materials dels envasos tindran propietats antimicrobianes i oferiran més resistència a la llum o a la temperatura.

També hi haurà nanoaliments funcionals, amb propietats nutritives molt específiques i l'alliberament controlat d'ingredients alimentaris o de nutrients encapsulats.

En medi ambient, es dissenyen mètodes més assequibles per detectar i eliminar impureses en l'aigua.

En agricultura, es creen fertilitzants, pesticides i herbicides nanoencapsulats perquè s'alliberin de forma més lenta i sostinguda, amb una dosificació més precisa i menys malbaratament de producte i d'impacte en llocs no desitjats.

També es podran detectar de forma ràpida malalties virals de plantes per aplicar-hi el tractament adient.

Vestits de bany de rècord

En la indústria tèxtil, la nanotecnologia aporta un alt valor afegit. Així, proporciona teixits amb propietats antiarrugues, antibacterianes, antitaques o amb  protecció ultraviolada, sense alterar, o de vegades fins i tot millorant, la transpirabilitat o el tacte i augmentant-ne la durabilitat.

Això també ha dut a novetats en l'esport. Els vestits de bany amb nanopartícules que repel·leixen l'aigua han facilitat noves marques en natació. En altres esports, com el ciclisme, amb nanotubs introduïts en la fibra de carboni, o tenis, han dut a productes més lleugers i igualment resistents. En aquest últim esport ha permès fabricar pilotes que no perden aire durant el joc.

Aquests nous materials també serveixen per dissenyar vehicles terrestres, avions o vaixells més lleugers i que tinguin la mateixa resistència. Així, el consum d'energia seria molt menor.

I en la construcció, els nanotubs de carboni en el formigó incrementen la resistència del material i s'eviten que es formin escletxes. Altres aplicacions de la nanotecnologia en aquest àmbit seran pintures i vernissos amb millors propietats i recobriments per evitar la corrosió, entre d'altres.

Tots aquests avenços també poden tenir efectes secundaris no desitjables. Per debatre-ho, s'acaba de presentar el "Libro blanco de las Nanotecnologías" (Edtorial Aranzadi), coordinat per investigadors de la Universitat de Barcelona i de la Societat Catalana de Nanociència i Nanotecnologia.

Es tracta d'un document multidisciplinari que depassa la visió científica i tècnica i aprofundeix en aspectes ètics, socials, legislatius, econòmics i educatius.

I si cal donar a conèixer la nanotecnologia i debatre sobre el seu impacte, és important divulgar-la entre el públic general. Una de les persones que més esforços realitzen en aquest sentit és Jordi Díaz, que coordina la Unitat de Tècniques Nanomètriques dels Centres Científics i Tecnològics de la Universitat de Barcelona (CCiTUB) i és responsable del projecte NanoDivulga, que la UB va posar en marxa el 2015.

Díaz, autor de "L'aventura de Berta a Nanoland" (Onada Edicions), declara que "les nanotecnologies no es veuen però ja ens envolten":

"El món de les nanoescales és invisible, però té un impacte present a les nostres vides. L'apropem a través de metàfores visuals o activitats divulgadores innovadores, per demostrar que no és el futur, és el present i que poc a poc està conquerint les nostres vides".

Un impacte lent però constant, que des del diminut món dels àtoms ens porta avenços cada vegada més nombrosos en el món macroscòpic en el qual vivim.