Pretenden descifrar los misterios de lo que es invisible a la vista humana. Con ello, buscan aplicaciones que se podrían utilizar para tratar el cáncer, purificar fuentes de agua contaminadas y disminuir el contrabando, hasta para el diseño de nuevos dispositivos que almacenen más información, la creación de microantenas reconfigurables y encontrar métodos que maximicen el almacenamiento de energía.

Se trata de la nanotecnología: el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala.

“La nanotecnología se enfoca en hacer cosas útiles con materiales que se organizan en una escala más de un billón de veces menor que un metro. Éstas, son dimensiones extremadamente pequeñas y que son invisibles al ojo humano y la mayoría de los telescopios”, explicó el doctor Miguel Castro, del departamento de Química del Recinto Universitario de Mayagüez (RUM).

A juicio del doctor Arturo Hernández Maldonado, del departamento de Ingeniería Química (INQU) del RUM, la “belleza” de la nanotecnología radica en la capacidad que les brinda a los científicos de “funcionalizar” o cambiar la función de un material a escala molecular.

Por su parte, el doctor Félix Fernández, del departamento de Física del RUM destacó que la idea de manipular y controlar objetos muy pequeños para lograr aplicaciones revolucionarias fue expresada desde la década de los cincuenta por el premio Nobel en Física, Richard P. Feynman.

Específicamente, la última década ha marcado la revolución de esta área de investigación ya que se han perfeccionado los instrumentos científicos para lograrlo, señaló Hernández Maldonado.

De hecho, el doctor Samuel Hernández, del departamento de Química y quien lleva una década en ese campo, coincidió en que “durante ese tiempo, la nanotecnología se ha convertido de un área de investigación de ámbito en los laboratorios a una rama de las ciencias e ingenierías con aplicaciones palpables y al alcance de la población general”.

Por eso, según el doctor Carlos Rinaldi de INQU, “para la sociedad en general, la palabra nanotecnología ya se ha convertido familiar” aún cuando no necesariamente sabe lo que implica. “En el ámbito de investigación definitivamente este campo es uno de los más importantes actualmente. Estamos en la era de la nanotecnología”, apuntó Rinaldi”. Precisamente, el doctor Arturo Hernández Maldonado resaltó que el Gobierno Federal invirtió en 2005 casi un billón de dólares en esfuerzos investigativos relacionados con este campo. Agregó que actualmente la inversión es de sobre cuatro billones de dólares aproximadamente. Además, se espera que para el año 2015 la nanotecnología represente una economía global de un trillón de dólares y que ofrezca trabajos para un millón de empleados, añadió Rinaldi.

De los 50 estados y territorios de los Estados Unidos, ya 41 de ellos, incluyendo a Puerto Rico están inmersos en el estudio y desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología. En la Isla, el Colegio es uno de los centros más importantes en la generación de investigaciones asociadas con esta disciplina, según los profesores.

Precisamente, uno de los aspectos significativos de la ciencia a nano escala es su naturaleza interdisciplinaria. En el RUM, más de una veintena de profesores de los departamentos de Ingeniería Química, Mecánica, Eléctrica y de Ciencias y Materiales, así como de Química, Física y Biología estudian diferentes aplicaciones de la nanotecnología.

“Debido a que la nanotecnología no define una disciplina individual, sino que representa una nueva manera (o escala) de llevar a cabo investigación e ingeniería, es una rama de actividad intrínsicamente multidisciplinaria”, sostuvo Rinaldi.

Gestores de nuevas soluciones

Los científicos del RUM utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos que tendrán un gran impacto en la industria, la salud y la medicina.

“Desde el punto de vista de investigación, la importancia de la nanotecnología recae en el nuevo paradigma de observar, manipular, diseñar y construir materiales y productos utilizando átomos o moléculas como los elementos básicos. Esto abre la oportunidad de estudiar nuevos fenómenos y lograr atender aplicaciones que no serían posible a otra escala”, acotó Rinaldi.

Precisamente, en su laboratorio tiene varios proyectos en el área de fundamentos y aplicaciones de nanopartículas magnéticas. Entre ellos, el desarrollo de sensores basados en nanopartículas, la creación de nanofibras para aplicaciones de contrabando y la evaluación de nanopartículas magnéticas para el tratamiento de cáncer.

“En el proyecto de tratamiento de cáncer se espera elucidar el mecanismo por el cual las partículas inducen muerte celular en varios tipos de tejido canceroso, incluyendo células de cáncer del colon y de mama. Estos experimentos iniciales abrirán las puertas a llevar a cabo pruebas pre-clínicas, evaluar la eficacia del tratamiento en animales, y eventualmente en pacientes”, explicó.

En el caso de Hernández Maldonado, su laboratorio se dedica a la síntesis, caracterización y aplicación de materiales nanoporosos. Según indicó, éstos se pueden visualizar como “filtros” diminutos capaces de separar un par moléculas.

“Las expectativas de nuestros proyectos incluyen: crear métodos eficientes para preparar materiales adsorbentes a escala molecular; sintetizar materiales (“filtros”) selectivos y eficientes, que sean resistentes a distintas condiciones y que se puedan regenerar con poco esfuerzo y buscar soluciones a problemas que envuelven temas como recursos de energía y agua potable”, precisó.

Comentó, por ejemplo, que muchas de las drogas farmacéuticas que ingieren los consumidores regresan a los cuerpos de agua. Según explicó, actualmente están presente en cantidades diminutas. Sin embargo, precisó que se ha observado una tendencia de un aumento significativo en el consumo de medicamentos debido al rápido crecimiento poblacional.

“En algún momento estará muy por encima de los niveles de detección y la pregunta es ¿qué significa esto para la salud de la sociedad en general? Yo siempre les hago un chiste: ‘pues, cuando tomes agua no te dará dolor de cabeza porque ya tiene Tylenol, pero ¿qué tal si es un antibiótico?”, manifestó.

En su laboratorio estudian materiales a escala nano que puedan tener la función de un filtro adsorbente de los desechos de las drogas farmacéuticas.

Otras iniciativas nanométricas

En el caso del doctor Oscar Perales Pérez, del departamento de Ciencias de Ingeniería y Materiales, sus proyectos están relacionados con la preparación de nanocristales de manganeso y zinc para aplicaciones magnetocalóricas, así como para el control de propiedades a escala nanométrica en materiales para almacenamiento de información.

De otro lado, los proyectos de Hernández, de Química, van desde el desarrollo de sensores basados en nanopartículas aplicables a la defensa y seguridad nacional hasta la detección de microrganismos que pueden ser usados en guerras bacteriológicas.

Mientras, los doctores Pablo G. Cáceres y Ricky Valentín, de Ingeniería Mecánica, también realizan sus investigaciones asociadas a la síntesis de nanotubos y nanofibras.

Por su parte, el doctor Nelson Sepúlveda de Ingeniería Eléctrica (INEL) desarrolla microantenas reconfigurables con el tamaño de un cabello humano. Igualmente, estudia los nanoresonadores que son dispositivos que se pueden utilizar para las computadoras.

En el departamento de Física también varios profesores laboran en iniciativas del campo de la nanociencia, indicó Fernández. “ Uno de los proyectos está centrado en materiales que exhiben un cambio substancial en sus propiedades ópticas y eléctricas al ser iluminados con pulsos de luz ultra-cortos. Estos materiales y sus nanoestructuras son de interés para aplicaciones en futuros dispositivos ópticos u opto-electrónicos con respuesta mucho más rápidas que los que existen actualmente”, indicó.

Por otra parte, Castro, del departamento de Química, expresó que trabajan en el desarrollo de métodos que permitan guiar la organización de la materia para hacer estructuras funcionales a escalas nanométricas como la miniaturización de artefactos eléctricos. Esto permitirá en un futuro cercano la reducción de espacio en autos, aviones y naves espaciales.

Para crear estos laboratorios, investigar conceptos, obtener materiales e instrumentos, los profesores someten propuestas a diferentes agencias relacionadas con la ciencia. Los catedráticos del RUM han logrado obtener fondos muy competitivos para el estudio de la nanotecnología.

Algunas de las entidades que subvencionan estos proyectos son la Fundación Nacional de la Ciencias (NSF, por sus siglas en inglés), NSF-EPSCoR de Puerto Rico, Partnership for Research and Education in Functional and Nanostructured Materials, la American Chemical Society Petroleum Research Fund y el departamento de Defensa, entre otras agencias.

Otro aspecto que resaltaron los profesores es el componente educativo de la nanotecnología. “Los estudiantes son los nanotecnólogos del futuro. La piedra angular de nuestros esfuerzos”, concluyó Perales.

La estudiante doctoral Carola Barrera y el doctor Carlos Rinaldi frente a la máquina que genera nanofibras.

Imagen de un cristal nanoporoso obtenida con un microscopio de rastreo electrónico. (Foto suministrada)

La estudiante doctoral Daphne Belén Cordero coloca una muestra de un material nanoporoso. Observa el doctor Arturo Hernández Maldonado.

Fotos por Carlos Díaz / Prensa RUM