Nanomateriales: aprendiendo de la naturaleza para beneficio del hombre

Por: César Díaz Pomar  

La nanotecnología llegó para quedarse. Las sorprendentes y casi mágicas propiedades que exhiben los materiales en la escala del nanómetro (la milmillonésima parte de un metro) están siendo cada vez más usadas en diversas áreas que van desde electrónica y medicina hasta agricultura y textiles.

La resolución de los tres grandes retos que actualmente enfrenta la humanidad (salud, alimentación y energía) está relacionada con las posibilidades que pueda ofrecer el uso de nanomateriales. Obtener materiales en estas dimensiones ha sido un gran desafío científico y tecnológico.

Pero la nanotecnología ha encontrado en la naturaleza una gran aliada. Muchos nanomateriales han sido diseñados intentando imitar algunas propiedades y geometrías de organismos biológicos como bacterias, plantas, insectos, lagartos, ranas y aves en un proceso conocido como nanobiomimetismo. 

El objetivo es aprovechar los millones de años de experiencia que la naturaleza tiene creando estructuras diminutas y complejas para imitarla y aplicar estos conocimientos en la creación de nanomateriales con diversas funciones.

Uno de los ejemplos más llamativos es el de los materiales que no se mojan. Estos están diseñados para que repelan al agua (hidrofóbicos), y el principio fundamental de estas superficies fue observado en las hojas de la flor de loto. Al analizarlas en un microscopio electrónico se observó que estas hojas cuentan en su superficie con la formación de nanocristales de cera que, a su vez, forman una capa que impide que las gotas penetren; además, logran que esas gotas se deslicen por la superficie arrastrando la suciedad de la hoja.

Este efecto, conocido como ‘efecto loto’, ha sido empleado para crear textiles, pinturas y revestimientos hidrofóbicos que se limpian solos. 

Pero este no es el único ejemplo. La anguila eléctrica, un pez que puede emitir descargas eléctricas a partir de células especializadas, ha sido usada como referencia para la fabricación de nanogeneradores eléctricos, diminutos dispositivos hechos con membranas de hidrogeles de grafeno (GHM por sus siglas en inglés) que permiten generar energía eléctrica a partir de energía mecánica y térmica. 

El nácar, presente en la parte interna del caparazón de algunos moluscos, es un material que cuenta con una inmensa resistencia a la fractura debido a su particular morfología, compuesta por millones de nanogranos pegados por biopolímeros de quitina y proteínas dentro de una plaqueta mineral de aragonita. Recientemente se han fabricado fibras de óxido de grafeno que imitan la estructura del nácar e igualan sus propiedades mecánicas de alta dureza.

Otro de los ejemplos más sobresalientes es el de la ‘fotosíntesis artificial’, que busca crear mecanismos que permitan usar la luz solar para reproducir de manera artificial la forma como las plantas producen hidrógeno y oxígeno. Las nanoparticulas de dióxido de titanio y los materiales metal-orgánicos (‘metal organic frameworks’) han sido empleados satisfactoriamente para crear dispositivos que han reportado avances en este campo.

No hay entonces duda de que a medida que conocemos mejor las estructuras fundamentales de muchos organismos naturales, más posibilidades tendremos de crear nuevos nanomateriales bioinspirados con propiedades asombrosas. Y es en este punto donde Colombia, como segundo país más biodiverso del mundo, tiene mucho para ofrecer al universo de la nanofabricación. Somos el país con el mayor número de aves y orquídeas del planeta, y el segundo en plantas, anfibios, mariposas y peces dulceacuícolas.

Las 20 expediciones Bío que Colciencias ha comenzado a hacer en los antiguos territorios de guerra que no habían podido ser explorados han reportado registros de nuevas especies. ¿Qué propiedades físicas y geométricas tienen estas especies? ¿Cuántas de ellas pueden ser inspiración para nuevos nanomateriales? Son preguntas cuyas respuestas podrían ser la hoja de ruta para la creación de nuevos materiales. La autopista de la nanociencia y la nanotecnología está hoy despejada, y muchos países están circulando en ella a grandes velocidades. Colombia no puede quedarse atrás, mucho menos teniendo un laboratorio natural e inmenso que debemos explorar y del que aún tenemos mucho que aprender.

Solo el fortalecimiento y la financiación de un sistema nacional de ciencia, tecnología e innovación permitirán aprovechar nuestras potencialidades y hacernos partícipes de la revolución científica que los nanomateriales están generando en el siglo XXI.

César Díaz Pomar. (2017). Nanomateriales: aprendiendo de la naturaleza para beneficio del hombre. 21 de noviembre de 2017, de El Tiempo Sitio web: http://www.eltiempo.com/cultura/cine-y-tv/cientificos-desarrollan-nanomateriales-basados-en-organismos-biologicos-153044