Es un hecho hoy establecido que las propiedades y el comportamiento de la materia condensada resultan dependientes del tamaño. A escala nanoscópica[1] los materiales exhiben propiedades completamente diferentes de las que presentan en la micro o macroescala. Existen dos razones que nos permiten comprender porque se alteran los comportamientos en función del tamaño, una de esas razones está asociada simplemente a los efectos de superficie en el material, los que para grandes volúmenes (a veces apenas mayores a unos pocos nanómetros cúbicos) resultan despreciables y en la nanoescala se vuelven preponderantes. La otra está asociada a la importancia que en esta escala cobran los fenómenos de naturaleza cuántica en la materia.
Efectivamente, una de las razones de este cambio en el comportamiento a pequeña escala es sin duda el notable incremento de la relación superficie-volumen de la materia a escala nanoscópica: mientras que para diámetros del orden de 1 micrometro sólo una pequeña fracción de átomos (típicamente menor al 1 porciento), se encuentra en la superficie, cuando reducimos el tamaño a unos 3-5 nanómetros casi la tercera parte de los átomos se encuentran sobre superficie, esto nos permite entender el por qué de algunos cambios en las propiedades fisicoquímicas en los nanomateriales, que se asocian a efectos de superficie dada la relevancia que cobra está a pequeña escala.
Por otra parte, cuando los electrones se encuentran restringidos a moverse en una región muy pequeña del espacio se dice que están confinados. Cuando esta región es tan pequeña que es comparable a la longitud de onda asociada al electrón –conocida como longitud de De Broglie – comienzan a observarse el comportamiento cuántico. Gracias a la posibilidad actual de manipular átomos individualmente usando un microscopio de barrido de efecto túnel tenemos algunas imágenes de este fenómeno, donde un grupo de investigadores (Crommie et al. 1993) lograron ubicar unos 48 átomos de hierro sobre una superficie de cobre formando un corral circular de unos pocos nanometros de diametro (Fig. 1). Esto comprueba la naturaleza ondulatoria de los electrones que quedaron confinados en el interior del corral: de la misma forma en que se producen ondas estacionarias en una pileta de agua las ondas de estos electrones interfieren entre sí y forman máximos y mínimos sobre la superficie.
Efectivamente, una de las razones de este cambio en el comportamiento a pequeña escala es sin duda el notable incremento de la relación superficie-volumen de la materia a escala nanoscópica: mientras que para diámetros del orden de 1 micrometro sólo una pequeña fracción de átomos (típicamente menor al 1 porciento), se encuentra en la superficie, cuando reducimos el tamaño a unos 3-5 nanómetros casi la tercera parte de los átomos se encuentran sobre superficie, esto nos permite entender el por qué de algunos cambios en las propiedades fisicoquímicas en los nanomateriales, que se asocian a efectos de superficie dada la relevancia que cobra está a pequeña escala.
Por otra parte, cuando los electrones se encuentran restringidos a moverse en una región muy pequeña del espacio se dice que están confinados. Cuando esta región es tan pequeña que es comparable a la longitud de onda asociada al electrón –conocida como longitud de De Broglie – comienzan a observarse el comportamiento cuántico. Gracias a la posibilidad actual de manipular átomos individualmente usando un microscopio de barrido de efecto túnel tenemos algunas imágenes de este fenómeno, donde un grupo de investigadores (Crommie et al. 1993) lograron ubicar unos 48 átomos de hierro sobre una superficie de cobre formando un corral circular de unos pocos nanometros de diametro (Fig. 1). Esto comprueba la naturaleza ondulatoria de los electrones que quedaron confinados en el interior del corral: de la misma forma en que se producen ondas estacionarias en una pileta de agua las ondas de estos electrones interfieren entre sí y forman máximos y mínimos sobre la superficie.
Figura 1: Confinamiento de electrones en un corral cuántico creado con átomos de hierro sobre la superficie de cobre.
El estudio de este tipo de sistemas está en pleno desarrollo y se vienen publicando cada vez más trabajos en el área (Informe OEI, 2008). El desarrollo de esta nueva área dada en llamarse Nanociencia, es un área convergente de varias ramas del conocimiento científico, que involucra a físicos, químicos, biólogos y médicos entre otros actores relevantes. Existen ambiciosos objetivos en el ámbito de la Nanociencia en cuanto al estudio, síntesis, caracterización y manipulación de estos nanomateriales que en estos últimos años han venido cobrando un creciente auge gracias en parte al financiamiento que existe desde hace algunos años por parte de los gobiernos y algunas empresas interesadas en las posibilidades y aplicaciones concretas de estos descubrimientos y desarrollos. Existen hoy en día más de 800 productos[3] en el mercado que se valen de algunas de las nuevas propiedades exhibidas por los nanomateriales, dando lugar al también reciente y prometedor terreno de la Nanotecnología (Fig.2). Se estima que la nanotecnología podría ser responsable de unos U$S 3,1 billones de la producción industrial mundial para el año 2015 lo que representaría alrededor del 15% de los bienes manufacturados (Lux Research 2007).
Figura 2: Productos Nanotecnológicos ya en venta en los mercados mundiales.
Las inversiones mundiales en Nanotecnología no paran de crecer alcanzando los U$S 18,2 mil millones en todo el mundo durante el año 2008. Estados Unidos y Japón son los países que van en la delantera del desarrollo en el área seguidos de cerca por China y Rusia.
En Latinoamérica, Brasil es el pionero y actualmente el líder en producción científica y desarrollo tecnológico en nanotecnología. México y Argentina constituyen un segundo bloque con rasgos semejantes entre sí. Los restantes países presentan una producción marcadamente más reducida (Informe OEI 2008).
En Argentina se vienen implementando políticas activas para consolidar redes y desarrollar grupos de investigación desde el año 2004. Los nexos entre Nanociencia y Nanotecnología han sido principalmente impulsados desde la creación de la Fundación Argentina de Nanotecnología en 2005 (Andrini & Figueroa 2007).
Implicancias Éticas y Sociales de la Nanotecnología
En esta breve digresión citaré sólo algunos de los muchos matices que tienen que ver con el tema. Es menester la inclusión en los programas de inversión en nanotecnologías el contemplar estudios sobre estos aspectos, muchas veces no incluidos como temas prioritarios en las agendas gubernamentales de estos programas.
Como toda área en pleno desarrollo la Nanotecnología conlleva en sí misma un gran número de implicancias éticas y sociales que provocará sin duda cambios notables a nivel económico, político y social. Las nanotecnologías se muestran como la base de una nueva revolución industrial. Según M. Treder (2004), del Center for Responsible Nanotechnology, podrá ser una revolución que concentre en pocas décadas, pero a escala mundial, tantas o más transformaciones como las ocurridas desde la revolución industrial hasta ahora. De hecho la brecha temporal existente entre un descubrimiento y su aplicación comercial se ha venido acortando progresivamente en los últimos 100 años (Burrus 1993), llevando a las empresas y gobiernos a comenzar a interesarse íntimamente con lo que ocurre en los laboratorios y las universidades[4].
Esta pequeña separación temporal entre el descubrimiento y su aplicación genera diferentes tipos de conflictos. Por una parte está el problema de la legislación actual sobre esos productos. Los productos salen al mercado cumpliendo con normativas que no contemplaban su aparición, reactividad y potencial riesgo. De hecho existen muy pocos estudios sobre toxicología en nanomateriales, siendo un tema de preocupación dentro de la propia comunidad científica que el desarrollo orientado de la Nanociencia, por las inversiones de empresas, está obviando en muchos casos este tipo de estudios (Maynard et al. 2006, Scheufele et al. 2007). Esto no implica dejar de fabricar nanoproductos, sino de hacerlo con la prudencia necesaria evitando su entrada al mercado hasta que se demuestre fehacientemente que no tiene consecuencias negativas sobre la salud y el medioambiente.
Por otra parte, otro problema que existe en la actualidad es el de las patentes sobre los nanoproductos: más allá de los problemas existentes para los actores científicos de este proceso que generalmente son evaluados por el número de publicaciones y que el patentar productos o procesos generalmente no va de la mano con la publicación de artículos científicos. El tema de las patentes viene siendo un problema serio para el desarrollo de nanoproductos a causa de que en general diferentes empresas multinacionales vienen patentando procesos de fabricación, lo que genera problemas de pago de patentes previas a la hora de utilizar esos procesos para generar nuevos productos. Las patentes además son garantía de ganancias monopólicas durante 20 años, algo que ciertamente atenta contra la rápida difusión de los potenciales beneficios de esta tecnología (Foladori & Invernizzi 2005).
En términos de calificación del trabajo, la revolución nanotecnológica pronostica fuertes disminuciones de la ocupación en los procesos directamente productivos, y un aumento del personal altamente calificado y científico. Uno de los argumentos que se esgrimen para justificar la fuerte irrupción de China en la carrera de la nanotecnología es el contar con un gran número de científicos a bajo costo. Es posible así que se acentúe aún más la emigración de científicos calificados de los países periféricos hacia los países más avanzados. Esta polarización del mercado laboral perjudica directamente a los países pobres (Foladori & Invernizzi 2005).
Un capítulo aparte merecería quizás la discusión ética de las aplicaciones militares de la nanotecnología, algo que viene siendo tema de debate en nuestra sociedad[5].
La posibilidad que la nanotecnología brinda de incorporar sensores e información en el cuerpo humano es otra área de discusión ética. Por un lado, podrían producirse seres humanos potenciados con información directamente recibida desde fuera mediante implantes cerebrales; o por la instalación de nanoestructuras en el esqueleto u otros órganos o tejidos que le den mayor resistencia y fuerza física. Por otro lado, determinados sistemas de sensores podrían alertar a la persona de modificaciones en sus biomarcadores indicando enfermedades antes que estas se manifiesten como tales. Además, las aseguradoras podrían rechazar clientes que fuesen considerados de mayor riesgo en base a la información contenida en bancos de datos sobre el ADN. En cualquier caso, estas tecnologías podrían diferenciar a los humanos según sus implantes (Roco & Bainbridge, 2002).
A pesar de que se vienen realizando esfuerzos para empezar a consolidar grupos de investigación en el área de la Nanotecnología, dotándolos con una infraestructura mínima adecuada para este tipo de estudios y desarrollos aún queda un largo camino por recorrer respecto al vínculo entre científicos y empresas con intereses en el área.
La posibilidad de que los países en vías de desarrollo puedan sostener económica y humanamente la incorporación a la ola nanotecnología dependerá en parte de las alianzas estratégicas que se puedan establecer con otros países.
Más allá de las investigaciones en los laboratorios a los científicos también nos compete el rol de difundir a la sociedad las implicancias de este fenómeno, que sin lugar a dudas afectara amplios sectores de la sociedad en su conjunto, sociedad de la que sin duda los científicos no somos ajenos.
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[1] Un nanómetro (1 nm) es igual a 10-9 m, la escala nanoscópica generalmente abarca objetos con tamaños de 1 a 100 nm.
[2] La longitud de onda del electrón puede calcularse conociendo su cantidad de movimiento p, como siendo h la constante de Planck.
[3] Información obtenida de http://www.nanotechproject.org /news/archive/cpsc/
[4] Una visión sobre este proceso puede encontrarse en el artículo de G. Foladori: http://estudiosdeldesarrollo.net/relans/documentos/Foladori_NanoMilitarAL.pdf (2005).
[5] A. Ferrari, La batalla naval de los científicos argentinos (la Armada norteamericana financia proyectos de investigación en el país). Página 12. http://www.pagina12.com.ar/diario/elpais/1-56973-2005-09-25.html Consultado; 24 de marzo de 2009 (2009).
Referencias
L.R. Andrini y S.J.A. Figueroa, El impulso gubernamental a las nanociencias y nanotecnologías en Argentina. En G. Foladori, N. Invernizzi, Nanotecnologías en América Latina, Ed. Miguel Ángel Porrúa, México (2008).
D. Burrus, Technotrends: How to use technology and go beyond your competition. HarperBusiness, New York (1993).
M. F. Crommie, C. P. Lutz, and D. M. Eigler, "Confinement of electrons to quantum corrals on a metal surface", Science 262, 218 (1993).
G. Foladori y N. Invernizzi, Nanotecnología: ¿beneficios para todos o mayor desigualdad?, Revista REDES, Vol. 11 nº 21, Instituto de Estudios sobre la Ciencia y la Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes, Buenos Aires (2005).
Informe del Observatorio Iberoamericano de Ciencia, Tecnología e Innovación del Centro de Altos Estudios Universitarios de la Organización de Estados Iberoamericanos (OEI) disponible en: http://www.oei.es/cienciayuniversidad/spip.php?article55 (2008).
Lux Research, The Nanotech Report: Investment Overview and Market Research for Nanotechnology, 5th Edition (2007).
A.D. Maynard, R.J. Aitken, T. Butz, V. Colvin, K. Donaldson, G. Oberdörster, M.A. Philbert, J. Ryan, A. Seaton, V. Stone, S.S. Tinkle, L. Tran, N.J. Walker y D.B. Warheit, Nature 444, 267 (2006).
M.C. Roco y W.S. Bainbridge, Converging Technologies for Improving Human Performance NANOTECHNOLOGY, BIOTECHNOLOGY, INFORMATION TECHNOLOGY AND COGNITIVE SCIENCE, NSF/DOC-sponsored report, National Science Foundation, Arlington, Virginia, disponible en: http://www.wtec.org/ConvergingTechnologies/1/NBIC_report.pdf (2002).
D.A. Scheufele, E.A. Corley, S. Dunwoody, T.-J. Shih, E. Hillback y D.H. Guston, Nature Nanotechnology 2, 732 (2007).
M. Treder, Nanotechnology & Society. Times of Change, Presentación, São Paulo, Brasil. disponible en: http://www.crnano.org/Speech%20-%20Times%20of%20Change.ppt (2004).
En Latinoamérica, Brasil es el pionero y actualmente el líder en producción científica y desarrollo tecnológico en nanotecnología. México y Argentina constituyen un segundo bloque con rasgos semejantes entre sí. Los restantes países presentan una producción marcadamente más reducida (Informe OEI 2008).
En Argentina se vienen implementando políticas activas para consolidar redes y desarrollar grupos de investigación desde el año 2004. Los nexos entre Nanociencia y Nanotecnología han sido principalmente impulsados desde la creación de la Fundación Argentina de Nanotecnología en 2005 (Andrini & Figueroa 2007).
Implicancias Éticas y Sociales de la Nanotecnología
En esta breve digresión citaré sólo algunos de los muchos matices que tienen que ver con el tema. Es menester la inclusión en los programas de inversión en nanotecnologías el contemplar estudios sobre estos aspectos, muchas veces no incluidos como temas prioritarios en las agendas gubernamentales de estos programas.
Como toda área en pleno desarrollo la Nanotecnología conlleva en sí misma un gran número de implicancias éticas y sociales que provocará sin duda cambios notables a nivel económico, político y social. Las nanotecnologías se muestran como la base de una nueva revolución industrial. Según M. Treder (2004), del Center for Responsible Nanotechnology, podrá ser una revolución que concentre en pocas décadas, pero a escala mundial, tantas o más transformaciones como las ocurridas desde la revolución industrial hasta ahora. De hecho la brecha temporal existente entre un descubrimiento y su aplicación comercial se ha venido acortando progresivamente en los últimos 100 años (Burrus 1993), llevando a las empresas y gobiernos a comenzar a interesarse íntimamente con lo que ocurre en los laboratorios y las universidades[4].
Esta pequeña separación temporal entre el descubrimiento y su aplicación genera diferentes tipos de conflictos. Por una parte está el problema de la legislación actual sobre esos productos. Los productos salen al mercado cumpliendo con normativas que no contemplaban su aparición, reactividad y potencial riesgo. De hecho existen muy pocos estudios sobre toxicología en nanomateriales, siendo un tema de preocupación dentro de la propia comunidad científica que el desarrollo orientado de la Nanociencia, por las inversiones de empresas, está obviando en muchos casos este tipo de estudios (Maynard et al. 2006, Scheufele et al. 2007). Esto no implica dejar de fabricar nanoproductos, sino de hacerlo con la prudencia necesaria evitando su entrada al mercado hasta que se demuestre fehacientemente que no tiene consecuencias negativas sobre la salud y el medioambiente.
Por otra parte, otro problema que existe en la actualidad es el de las patentes sobre los nanoproductos: más allá de los problemas existentes para los actores científicos de este proceso que generalmente son evaluados por el número de publicaciones y que el patentar productos o procesos generalmente no va de la mano con la publicación de artículos científicos. El tema de las patentes viene siendo un problema serio para el desarrollo de nanoproductos a causa de que en general diferentes empresas multinacionales vienen patentando procesos de fabricación, lo que genera problemas de pago de patentes previas a la hora de utilizar esos procesos para generar nuevos productos. Las patentes además son garantía de ganancias monopólicas durante 20 años, algo que ciertamente atenta contra la rápida difusión de los potenciales beneficios de esta tecnología (Foladori & Invernizzi 2005).
En términos de calificación del trabajo, la revolución nanotecnológica pronostica fuertes disminuciones de la ocupación en los procesos directamente productivos, y un aumento del personal altamente calificado y científico. Uno de los argumentos que se esgrimen para justificar la fuerte irrupción de China en la carrera de la nanotecnología es el contar con un gran número de científicos a bajo costo. Es posible así que se acentúe aún más la emigración de científicos calificados de los países periféricos hacia los países más avanzados. Esta polarización del mercado laboral perjudica directamente a los países pobres (Foladori & Invernizzi 2005).
Un capítulo aparte merecería quizás la discusión ética de las aplicaciones militares de la nanotecnología, algo que viene siendo tema de debate en nuestra sociedad[5].
La posibilidad que la nanotecnología brinda de incorporar sensores e información en el cuerpo humano es otra área de discusión ética. Por un lado, podrían producirse seres humanos potenciados con información directamente recibida desde fuera mediante implantes cerebrales; o por la instalación de nanoestructuras en el esqueleto u otros órganos o tejidos que le den mayor resistencia y fuerza física. Por otro lado, determinados sistemas de sensores podrían alertar a la persona de modificaciones en sus biomarcadores indicando enfermedades antes que estas se manifiesten como tales. Además, las aseguradoras podrían rechazar clientes que fuesen considerados de mayor riesgo en base a la información contenida en bancos de datos sobre el ADN. En cualquier caso, estas tecnologías podrían diferenciar a los humanos según sus implantes (Roco & Bainbridge, 2002).
A pesar de que se vienen realizando esfuerzos para empezar a consolidar grupos de investigación en el área de la Nanotecnología, dotándolos con una infraestructura mínima adecuada para este tipo de estudios y desarrollos aún queda un largo camino por recorrer respecto al vínculo entre científicos y empresas con intereses en el área.
La posibilidad de que los países en vías de desarrollo puedan sostener económica y humanamente la incorporación a la ola nanotecnología dependerá en parte de las alianzas estratégicas que se puedan establecer con otros países.
Más allá de las investigaciones en los laboratorios a los científicos también nos compete el rol de difundir a la sociedad las implicancias de este fenómeno, que sin lugar a dudas afectara amplios sectores de la sociedad en su conjunto, sociedad de la que sin duda los científicos no somos ajenos.
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[1] Un nanómetro (1 nm) es igual a 10-9 m, la escala nanoscópica generalmente abarca objetos con tamaños de 1 a 100 nm.
[2] La longitud de onda del electrón puede calcularse conociendo su cantidad de movimiento p, como siendo h la constante de Planck.
[3] Información obtenida de http://www.nanotechproject.org /news/archive/cpsc/
[4] Una visión sobre este proceso puede encontrarse en el artículo de G. Foladori: http://estudiosdeldesarrollo.net/relans/documentos/Foladori_NanoMilitarAL.pdf (2005).
[5] A. Ferrari, La batalla naval de los científicos argentinos (la Armada norteamericana financia proyectos de investigación en el país). Página 12. http://www.pagina12.com.ar/diario/elpais/1-56973-2005-09-25.html Consultado; 24 de marzo de 2009 (2009).
Referencias
L.R. Andrini y S.J.A. Figueroa, El impulso gubernamental a las nanociencias y nanotecnologías en Argentina. En G. Foladori, N. Invernizzi, Nanotecnologías en América Latina, Ed. Miguel Ángel Porrúa, México (2008).
D. Burrus, Technotrends: How to use technology and go beyond your competition. HarperBusiness, New York (1993).
M. F. Crommie, C. P. Lutz, and D. M. Eigler, "Confinement of electrons to quantum corrals on a metal surface", Science 262, 218 (1993).
G. Foladori y N. Invernizzi, Nanotecnología: ¿beneficios para todos o mayor desigualdad?, Revista REDES, Vol. 11 nº 21, Instituto de Estudios sobre la Ciencia y la Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes, Buenos Aires (2005).
Informe del Observatorio Iberoamericano de Ciencia, Tecnología e Innovación del Centro de Altos Estudios Universitarios de la Organización de Estados Iberoamericanos (OEI) disponible en: http://www.oei.es/cienciayuniversidad/spip.php?article55 (2008).
Lux Research, The Nanotech Report: Investment Overview and Market Research for Nanotechnology, 5th Edition (2007).
A.D. Maynard, R.J. Aitken, T. Butz, V. Colvin, K. Donaldson, G. Oberdörster, M.A. Philbert, J. Ryan, A. Seaton, V. Stone, S.S. Tinkle, L. Tran, N.J. Walker y D.B. Warheit, Nature 444, 267 (2006).
M.C. Roco y W.S. Bainbridge, Converging Technologies for Improving Human Performance NANOTECHNOLOGY, BIOTECHNOLOGY, INFORMATION TECHNOLOGY AND COGNITIVE SCIENCE, NSF/DOC-sponsored report, National Science Foundation, Arlington, Virginia, disponible en: http://www.wtec.org/ConvergingTechnologies/1/NBIC_report.pdf (2002).
D.A. Scheufele, E.A. Corley, S. Dunwoody, T.-J. Shih, E. Hillback y D.H. Guston, Nature Nanotechnology 2, 732 (2007).
M. Treder, Nanotechnology & Society. Times of Change, Presentación, São Paulo, Brasil. disponible en: http://www.crnano.org/Speech%20-%20Times%20of%20Change.ppt (2004).
