La ciencia y la ciencia de la materia a escala tan pequeña como los átomos es una historia que tiene su inicio desde el mismo Big Bang y creería que nos llevaría mucho más que este post poder contarla bien. Así que me limitaré a contar una versión ligera del porque algo que la naturaleza y el universo hace desde su inicio solo obtuvo un nombre específico en los últimos 60 años, estoy hablando de la nanotecnología y la nanociencia. La palabra «nano» viene del griego «nanos» que significa pequeño, enano, la millonésima parte de algo, es así como ese prefijo hoy significa que el mundo donde se mueve es el mundo de los átomos y moléculas, pero que tan pequeño puede ser eso, la verdad, bastante ¡mucho! Para darnos una idea, un metro, tiene cien centímetros, un centímetro tiene diez milímetros, un milímetro tiene mil micrómetros (micrómetro es el nombre de distancia en la que se componen los milímetros), y un micrómetro tiene mil nanómetros, es decir, en un metro caben mil milímetros o en un metro caben un millón de micrómetros, o mejor aún, un metro son mil millones de nanómetros. Increíblemente pequeña esa unidad de medida, pero para no «asustarlos» aún hay cosas más pequeñas, hasta el momento la unidad más pequeña o el límite de escala que se conoce es la distancia de Planck (considerada como una constante del universo) equivale a 10^-35 metros, eso es 0.000000000000000000000000000000000016 metros, o alrededor de una billonésima de una billonésima de una billonésima de un metro, la escala nano solo se encuentra en el valor de 10^-9 metros.

Ahora trataré de no irme tan lejos, me quedaré aquí en la tierra. Podríamos considerar que la nanotecnología nació en la tierra hace unos 3500 millones de años cuando las primeras estructuras autorreplicantes lograron mantener un ritmo de replicación en el cual podrían sobrevivir a las primeras condiciones reductoras de la tierra primitiva, algunos investigadores y científicos consideran que dichas estructuras fueron una especie de RNA primitivo autocatalítico y autorreplicante [2]… Y miren donde vamos ya. Es así, que dichas estructuras de apenas unos cuantos nanómetros fueron capaces de originar toda la vida en la tierra como la conocemos, por tal razón lo considero el primer acto inconsciente de la naturaleza de crear estructuras organizadas capaces de funcionar de manera ordenada y compleja. De esta manera, daré la primera definición de esas dos palabras en la que se centra este post. Es así como, La nanotecnología se trata de la manipulación «controlada» y producción de objetos materiales, instrumentos, estructuras y sistemas a dicha escala que es funcional, es decir, cumple una función específica y lo hace de manera eficiente. Con esta definición creo que podríamos decir que lo que hace la naturaleza a dicha escala es pura nanotecnología, nos encontramos con estructuras que metabolizan, replican, reparan y controlan la división a nivel celular, estructuras como las enzimas y las proteínas e incluso, estructuras altamente organizadas para almacenar información clave para la vida como el DNA y el RNA, todos a escala nanométrica.

En la historia moderna del ser humano se podría considerar a la nanotecnología como algo nuevo, unos 40 años más o menos (principios de los años 80), pero llegar a esto tardaría otros 80 años más. Podríamos ubicar el inicio de toda esta revolución a finales del siglo XIX y principios del siglo XX. Los cuatro personajes que pondría como protagonistas de esta historia serían Richard Zsigmondy, William Sutherland, Albert Einstein y Max Planck. Richard Zsigmondy fue ganador del premio nobel de química en 1925 por todo su trabajo en sistemas coloidales el cual desarrollo a finales del siglo XIX entre la Universidad Técnica de Viena y la Universidad de Múnich, trabajo que influyó en la forma de pensar de Albert Einstein en uno de sus artículos de 1905. En esa misma época (finales del siglo XIX) otro científico William Sutherland hizo importantes aportes al entendimiento molecular y atómico sobre la viscosidad de los gases, viscosidad del agua y la forma en la que se atraen las moléculas (es importante recordar que en esta época todavía existían muchos científicos que cuestionaban la existencia de los átomos como unidad fundamental de la materia). Tal vez uno de esos momentos raros e increíbles de la historia sería el año 1905, año en el que un desconocido con apenas 26 años vendría a cambiar la forma como entendíamos el universo, el trabajo de Albert Einstein (premio nobel de física en 1921) podría ser considerado uno de los más importantes en la historia de la humanidad, en ese año tres de sus artículos sentaron las bases para el nacimiento de la de lo que más adelante sería la manipulación del átomo por el ser humano, esos artículos fueron «Sobre un punto de vista heurístico acerca de la producción y transformación de la luz» que introduce la teoría del fotón o cuanto de luz, «Sobre el movimiento de pequeñas partículas suspendidas en líquidos en reposo exigido por la teoría cinético-molecular del calor» relativo al movimiento browniano que proporciona argumentos suficientes para dejar definitivamente asentada la teoría atómica de la materia y «Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento» donde sienta las bases de la teoría especial de la relatividad. Para muchos el trabajo de Einstein es revolucionario y único, pero como todo en la vida a veces olvidamos que no fue el trabajo de un solo ser humano sino el trabajo de muchos que han permitido los cambios de paradigmas, sin el trabajo de Zsigmondy y Sutherland posiblemente habrían pasado muchos años más para ver lo que hizo Einstein en 1905 con sus artículos. Y, por último, tenemos a Max Planck (premio nobel de física en 1918) con su relación de Planck que introdujo una de las constantes más conocidas y utilizadas por los físicos «la constante de Planck» que sentó las bases para el nacimiento de una nueva física, la física cuántica.

Tendrían que pasar alrededor de unos 40 años después de 1920 y que la mecánica cuántica madurada lo suficiente para que uno de los físicos más importantes del siglo XX hiciera una lectura que pondría sobre la mesa de manera sería el concepto de manipular la materia a la escala atómica. La lectura se llamaba «There’s Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics»[3] y su autor, el Doctor en física Richard Feynman. La conferencia se dio en la reunión anual de la American Physical Society en Caltech el 29 de diciembre de 1959, en dicha lectura Feynman propondría dos retos, el primero era construir un motor a escala muy pequeña y el segundo era la posibilidad de colocar toda la enciclopedia británica en la cabeza de un alfiler, esto implicaba colocar la información de una página en una superficie 1/25000 más pequeña que la escala normal. El pequeño motor fue logrado un año después (1960) por William McLellan, y el segundo reto solo fue logrado en el año 1985 por Tom Newman quien redujo el primer párrafo de «A tale of two Cities» a una escala 1/25000 más pequeña; cada uno de ellos recibió un premio de mil dólares de manos de Feynman por dichos logros. Tanto en la cultura popular como en la científica el papel que jugó Richard Feynman en la materialización de la nanotecnología como un hito en la orientación de investigaciones de dicha aplicación es innegable y habla del inmenso valor que él como científico y ser humano aportó al avance de la humanidad.

No fue sino hasta el año 1974 que el científico de origen japones Norio Tanaguichi introduciría la palabra nanotecnología como el término que haría referencia a la manipulación de la materia a la escala nanométrica e iniciase la ciencia a la escala atómica, la nanociencia. Ahora sí daremos la segunda definición en el que se centra este post, la nanociencia es la ciencia que se dedica al estudio de las propiedades de los objetos y fenómenos a escala nanométrica. Ahora sí, con un propósito y un nombre era hora que este incipiente campo empezará a cosechar triunfos por derecho propio. No tardaría mucho, solo siete años después que el científico Tanaguichi diera nombre a esta ciencia, los físicos Gerd Binning y Heinrich Rohrer en los laboratorios de IBM en Zúrich, Suiza desarrollarán el microscopio de efecto túnel (1981), equipo que permitiría «ver» la superficie de los átomos, dicho invento le permitió obtener el premio novel de física a estos do científicos en el año 1986, y en el año 1989 el investigador de IBM, Don Eigler fue el primer humano en manipular de manera consciente con dicho microscopio 35 átomos de xenón para escribir las letras de IBM. Para el año 1985 muchos científicos sospechaban que en el espacio se podrían encontrar moléculas complejas en las nubes de polvo estelares, fueron los científicos y químicos Robert Curl, Harry Kroto y Richard Smalley quienes ganaron el premio nobel en 1996, que descubrieron la tercera forma alotrópica del carbono, una familia de moléculas llamados fullerenos, el fullereno es una molécula de 60 carbonos (C₆₀) y que fue bautizado así porque representaba el trabajo del arquitecto Richard Buckminster Fuller, los fullerenos representan de manera casi exacta una esfera (balón de fútbol con 12 pentágonos y 20 hexágonos). En el año 1991 el físico de origen japones Sumio Iijima descubrió los nanotubos de carbono, otra forma alotrópica del carbono, en este caso, encontramos una hoja de grafeno enrollada sobre si misma formando un tubo a escala nanométrica.

Por ahora dejaré esta historia hasta aquí, en una próxima entrada hablaré del papel de la nanotecnología en biología, medicina y medicamentos.