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REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAzadas y también resisten altas temperaturas. Debido aestas especiales características, el asbest...
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37RevoluciónnanotecnológicadebateModerador:Peter RodgersMesa redonda:Mauro Ferrari, Andreas Berger, Eugenio Coronado yTere...
39Pregunta: Mencionó en su presenta-ción que la aceptación de la nano-tecnología en la sociedad dependíao se veía influida...
REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAria para avanzar en nuestros tra-bajos. Recientemente publiqué uneditorial en el que debatía sob...
41Debateespecialmente en lo que respecta aldiseño y creación de nuevas bate-rías. Si somos capaces de controlarla producci...
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NANOTECHNOLOGY REVOLUTIONmonitor patients by means of tiny microchips. Highly advanced technologies such as po-sitron emis...
Monografías Nature: Revolución nanotecnológica. Febrero 2010
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En 2010 el II Ciclo de Conferencias y Debates en Ciencias organizado conjuntamente con Nature Publishing Group Iberoamérica, abordó algunos de los avances más destacados de la nanotecnología en la Medicina personalizada; las aplicaciones nanotecnológicas en la tecnología de la información actual; la nanociencia molecular como fuente de la nueva Química, la nueva Física y los nuevos materiales y los riesgos asociados a la nanotecnología.

Peter Rodgers, Editor de Nature Nanotechnology y coordinador de la jornada hace una introducción general tras la cual se recogen las intervenciones de Mauro Ferrari, Catedrático y Director del Departamento de Nanotecnología e Ingeniería Biomédica de la Universidad de Texas; Andreas Berger, Director de Investigación del CIC nanoGUNEConsolider de San Sebastián; Eugenio Coronado, Director del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia y Teresa Fernandes, del Centro de Nanoseguridad de la Universidad Napier de Edimburgo.

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Monografías Nature: Revolución nanotecnológica. Febrero 2010

  1. 1. ciclo deconferencias y debates encienciasmonografíaFUNDACIÓN RAMÓN ARECESNATURE PUBLISHING GROUPEstado actual de las aplicaciones prácticas y avances de la Nanociencia:desde las aplicaciones robóticas-biomédicas a las energéticas.Current state of practical applications and advances in Nanoscience:from robotic-biomedic to energy-related applications.REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICANanotechnology revolution
  2. 2. Estado actual de las aplicaciones prácticas y avances de la Nanociencia:desde las aplicaciones robóticas-biomédicas a las energéticas.Current state of practical applications and advances in Nanoscience:from robotic-biomedic to energy-related applications.REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICANanotechnology revolutionciclo deconferencias y debates encienciasmonografíaFUNDACIÓN RAMÓN ARECESNATURE PUBLISHING GROUP28 de enero de 2010FUNDACIÓN RAMÓN ARECESC/ Vitruvio, 5 • 28006 Madrid
  3. 3. © 2010 Nature Publishing Group Iberoamérica, S. L.Depósito legal M. 15975-2010Impreso en EspañaC/ Luchana 33, 1º 3 | 28010 Madrid (España)Tel.: +34 91 447 46 43 | www.npgiberoamerica.com
  4. 4. 3Revolución nanotecnológicaPresentaciónFederico Mayor Zaragoza_________________________________________________________ 7Raimundo Pérez-Hernández y Torra________________________________________________ 9Lucía Ferreirós Sampedro_________________________________________________________ 9IntroducciónPeter Rodgers_________________________________________________________________ 13ConferenciasLa nanotecnología es un factor necesario para la medicina individualizadaMauro Ferrari_ _______________________________________________________________ 19Estrategias bidireccionales para aplicaciones nanotecnológicas en la tecnologíade la información actualAndreas Berger________________________________________________________________ 23Nanociencia molecular:la fuente de la nueva química,nueva física y nuevos materialesEugenio Coronado_____________________________________________________________ 27Enfoques para la evaluación de riesgos en nanotecnologíaTeresa Fernandes______________________________________________________________ 31DebateModerador: Peter RodgersMesa redonda: Mauro Ferrari, Andreas Berger, Eugenio Coronado y Teresa Fernandes_________ 39Nanotechnology revolutionPresentationFederico Mayor Zaragoza________________________________________________________ 45Raimundo Pérez-Hernández y Torra_______________________________________________ 47Lucía Ferreirós Sampedro________________________________________________________ 47IntroductionPeter Rodgers_________________________________________________________________ 51LecturesNanotechnology is a necessary enabler for individua­lized medicineMauro Ferrari_ _______________________________________________________________ 57Top-down and bottom-up strategies for nanotechnology devices in today’sinformation technologyAndreas Berger________________________________________________________________ 61Molecular nanoscience:a source of new chemistry, new physics and new materialEugenio Coronado_____________________________________________________________ 65Approaches for the risk assesment of nanotechnologyTeresa Fernandes______________________________________________________________ 69DiscussionModerator: Peter RodgersRound table: Mauro Ferrari, Andreas Berger, Eugenio Coronado and Teresa Fernandes_ _______ 77ÍNDICE
  5. 5. 5RevoluciónnanotecnológicapresentaciónFederico Mayor ZaragozaPresidente del Consejo Científico de laFundación RamónArecesRaimundo Pérez-Hernández y TorraDirector de la Fundación RamónArecesLucía Ferreirós SampedroDirectora General deNature Publishing Group Iberoamérica
  6. 6. 7La colaboración de la Fundación Ramón Areces con Nature Publishing GroupIberoamérica está siendo, sin duda, un acierto. Esta jornada es la segunda quecelebramos conjuntamente, siendo preciso destacar el éxito que alcanzó la pri-mera conferencia-debate sobre las “Pruebas genéticas en la era de los genomas persona-les”. Por ello queremos mantener esta provechosa asociación.La nanotecnología viene definida, fundamentalmente, por un concepto de medida,como es el nanómetro, una unidad de longitud que equivale a una milmillonésima partede un metro. Por lo tanto, con este término estamos refiriéndonos a cosas extraordina-riamente pequeñas (cinco átomos vienen a constituir un nanómetro), lo que nos sitúaen otro nivel; hace décadas se aludía a las dimensiones moleculares, pero ahora hemoslogrado reducir aún más el tamaño, alcanzando un nivel atómico, y esto ha representadoun avance relevante.El desarrollo histórico de la nanotecnología en las últimas décadas resulta fascinan-te. En 1959, el gran físico y Premio Nobel Richard Feynman propuso por primera vezfabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas, lo que conferíaa los nuevos materiales propiedades de mayor dureza, resistencia y conductividad: asínacieron la nanociencia y la nanotecnología. Sin embargo, se tuvo que esperar hasta ungran avance de introspección física, logrado en los años ochenta con la generalización dela microscopía de túnel de barrido en un espacio confinado, para que fuese posible ob-servar los materiales a escala atómica y manipular sus átomos. A partir de ese momentose pudo empezar ya a trabajar activamente en el estudio y la aplicación de estas nuevastecnologías.Hace una década comenzó el despegue definitivo y hoy existen miles de productosgenerados por la nanotecnología, aplicados a campos tan diversos como la medicina, laagricultura, la industria aeroespacial o las telecomunicaciones. Ahora disponemos denanotecnología a escala molecular y de nuevos materiales, sobre todo aplicados al ám-bito espacial y de diagnóstico de enfermedades. Su impacto en la vida aún parece unahistoria de ciencia ficción para muchos: fármacos que funcionan a nivel atómico, mi-crochips que diagnostican enfermedades, generación de fuentes de energía inagotableso exterminio de plagas son sólo algunas de las áreas con un potencial revolucionario.Una de las aportaciones más fascinantes que depara la nanotecnología es la posibili-dad de ofrecer diagnósticos personalizados, permitiendo también grandes avances en laPresentación
  7. 7. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAcapacidad de seguimiento de los pacientes (por medio de los diminutos microchips). Así,a tecnologías tan avanzadas como la tomografía por emisión de positrones o la resonan-cia magnética, se suman ahora estos innovadores recursos, que van a ayudar a mejorarla exploración física del ser humano. Asumiendo que “no hay enfermedades, sino enfer-mos”, es importante que dispongamos de recursos técnicos que nos permitan actuar enconsecuencia con esta filosofía. Desde el punto de vista del tratamiento, la nanotecnolo-gía también está haciendo posible grandes avances, permitiendo un abordaje terapéuticomás personalizado y adaptado a las características de cada enfermo.Igualmente, la nanotecnología está impulsando grandes progresos en tecnología dela información. Sobre todo, se ha conseguido acabar con la limitación de los espacios,puesto que antes estábamos circunscritos a un espacio geográfico o territorial: nuestropensamiento y capacidad de ponernos en contacto con los demás abarcaba un determi-nado espacio. La nueva tecnología de la información ha abierto grandes fronteras, sobretodo en el ámbito de la comunicación y de la capacidad de relacionarse de las perso-nas. Sus consecuencias pueden ser especialmente relevantes desde el punto de vista dela participación no presencial en actos de diverso tipo: hasta ahora, para tomar parte encualquier actividad, los ciudadanos debíamos estar presentes, lo que conllevaba impor-tantes limitaciones; a partir de ahora, en aproximadamente una década, la participaciónno presencial va a estar facilitada enormemente por las innovaciones en nanotecnología,modificando algo tan importante como la participación ciudadana y, por lo tanto, lasbases mismas de la democracia.Por todo ello, es preciso insistir en el acierto que ha tenido Nature Publishing GroupIberoamérica al haber escogido este tema de debate. Este grupo editorial, además, es unamuestra de vanguardia en la difusión científica, ya que cuenta incluso con una publica-ción específica sobre nanotecnología (Nature Nanotechnology).Como en otras muchas ocasiones, el conocimiento ha llegado antes que la identifi-cación de las posibles aplicaciones prácticas. En cualquier caso, es preciso recordar quelo importante de la ciencia es que puede contribuir a evitar o a paliar el sufrimiento hu-mano. En este sentido, la nanotecnología es una de las ciencias que nos permitirá ofrecermayor calidad de vida, objetivo supremo de la comunidad científica. Federico Mayor ZaragozaPresidente del Consejo Científico de la Fundación RamónAreces
  8. 8. 9PresentaciónLa Fundación Ramón Areces tiene como legado fundacional y como vocaciónfomentar la investigación y la difusión del conocimiento y la formación en lasciencias de la vida, las ciencias de la materia y las ciencias sociales. En estaocasión se hace una exhaustiva revisión de los progresos alcanzados en el ámbito de lasciencias de la vida y de la materia en colaboración con Nature Publishing Group Iberoa­mérica. Bajo el título “Revolución nanotecnológica”, esta reunión cuenta con todas lascaracterísticas básicas que se exigen a cualquier actividad en la que está involucrada laFundación Ramón Areces, como es la excelencia, la calidad, la actualidad y el caráctercientífico y de vanguardia. Raimundo Pérez-Hernández y TorraDirector de la Fundación RamónArecesGracias a la filantropía de instituciones como la Fundación Ramón Areces esposible que, desde nuestro grupo editorial, podamos trasladar a grandes pú-blicos temas científicos que son a la vez innovadores y de gran interés parala sociedad en general.En Nature Publishing Group, desde el nacimiento de nuestra primera publicación, la re-vista Nature, en 1869, la vocación de nuestra actividad se ha mantenido siempre en su dobleobjetivo y ambición: por un lado, ofrecer a la comunidad científica y a los investigadores delas distintas áreas una plataforma de comunicación, un vehículo que les permita difundir susconocimientos,intercambiardatos,ideasyproyectos,actividadimprescindibleparaelavancede la ciencia, y, por otro lado, divulgar y transmitir a la sociedad estos avances científicos,interpretándolos, traduciéndolos por así decir, desde la perspectiva de los beneficios y lasventajas que pueden suponer para el bienestar y la calidad de vida de la sociedad, así comotambién de sus posibles riesgos o inconvenientes, y con ello destacar y hacer comprender a lasociedad la importancia de la investigación en su progreso.Con la Fundación Ramón Areces nos une este mismo afán y objetivo de colaborar yprestar servicio a la comunidad científica y de divulgar la ciencia. Es por ello un honorpoder organizar conjuntamente este ciclo de conferencias debates.Bajo el título de Revolución Nanotecnológica, la segunda de este ciclo de conferenciasconjuntas, buscamos debatir e informar sobre los más recientes avances de la nanocien-cia, y de sus aplicaciones prácticas en la nanotecnología en sus distintos campos, nano-medicina, nanoenergía y lo nano en la tecnología de la información. Nanotecnología queya está entre nosotros, que mejorará nuestra calidad de vida como sociedad e individuospero que a la vez requerirá nuevos controles para garantizar su seguridad.Confiamos que la conferencia y posterior debate sea del interés de todos. Lucía Ferreirós SampedroDirectora General de Nature Publishing Group Iberoamérica
  9. 9. 11RevoluciónnanotecnológicaintroducciónPeter RodgersEditor de Nature NanotechnologyLicenciado en física por el Imperial College London ydoctorado en física cuántica por la Queen’s Univer­sity de Belfast, Peter Rodgers es el editor de NatureNanotechnology desde 2006. Con anterioridad fuedirector del Institute of Physics Publishing y editorde Physics World durante 10 años. Sus intereses deinvestigación se centran en la óptica cuántica y lacreación de láseres.
  10. 10. 13El origen de la nanotecnología se puede esta-blecer hace aproximadamente dos décadas,cuando los investigadores de IBM empezarona trabajar y a desarrollar su trabajo en torno a este in-novador concepto. Pero ya unos diez años antes, la in-vención del microscopio de túnel de barrido en Suizasupuso un hito en este campo.La primera formulación del concepto de nanocien-cia y nanotecnología se debe al físico alemán RichardFeynman, que en 1959 propuso la idea de fabricar pro-ductos a partir de un reordenamiento de los átomos ylas moléculas, haciendo posibles nuevos materiales másduros, resistentes y rápidos. Yendo incluso más allá enla historia, penetrando más en las raíces del pasado, porejemplo se ha descubierto recientemente que algunasespadas utilizadas en Damasco durante el siglo xviiincorporaban en sus filos partículas nanotubulares, oque en la Edad Media algunas vidrieras de catedralesestaban teñidas con potentes colores azules que incor-poraban diminutas partículas de oro. Y aún más allá enel tiempo, cabe destacar que hace unos 4.000 años seutilizaban nanopartículas para trabajar el plomo.Así que ¿qué es exactamente la nanotecnología? Eltérmino nano alude a algo de muy pequeño tamaño.Un nanómetro es una milésima de una millonésima demetro, es decir, una milmillonésima de metro. En unnanómetro caben entre tres y cinco átomos. Aunque enel universo hay cosas más pequeñas que los átomos, setrata ya de partículas que no se pueden manipular conlos instrumentos actualmente disponibles. Muchos delos organismos y procesos del cuerpo humano funcio-nan a una escala nano, siendo vitales para la vida.En esta reducción mínima del tamaño que se alcan-za con la nanotecnología, la principal consecuencia esque se eleva el número de átomos que están en la super-ficie del material, aumentando la reactividad químicade éste; además, desde el punto de vista de la mecánicacuántica, se sabe que estas partículas tan pequeñas pa-san a comportarse como ondas (dando lugar, por ejem-plo, a túneles).Nohayunaúnicananotecnología,sinomuchas,loquereflejalaamplitudcientíficaytecnológicadeesteconcepto.La nanociencia alude también a una realidad tan ampliacomo la nanotecnología, incluyendo áreas tales como labiología, la química, la física, la medicina, la ingeniería, lascienciassociales...Enestosmomentos,ydadoelvertigino-soavancetecnológico,estamosenunmundocadavezmásnanotecnológico, siendo cada vez mayor la identificaciónentre la tecnología y la nanotecnología.Básicamente existen cinco campos en los que se cen-tran las principales aplicaciones de la nanotecnología: eldesarrollo de nuevos materiales, más fuertes, resistentes“Las principales aplicaciones de lananotecnología se centran en cin­co campos: el desarrollo de nuevosmateriales, el tecnología de infor­mación/comunicación, la medicina,la energía y la alimentación.”Introducción
  11. 11. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAy ligeros; la tecnología de información/comunicación,especialmente en el ámbito del procesamiento de da-tos, la medicina, sobre todo en el diagnóstico y trata-miento de enfermedades; la energía, con aplicacionescentradas fundamentalmente en el ahorro; y el campode la alimentación, con una atención importante sobrelos riesgos que puede acarrear para la salud este tipo detecnología.El incremento de los nanoproductos en los últimosaños ha sido exponencial. En Estados Unidos se cuentaincluso con una organización dedicada específicamentea estudiar y analizar la evolución de estas tecnologías(el Proyecto de Nanotecnologías Emergentes), que teníaregistrados en el año 2009 más de un millar de produc-tos, mientras que en 2005 suponían tan sólo 54. El cam-po de la salud y bienestar es el que acumula, con muchadiferencia, el mayor número de nanoproductos, aunquela diversidad de ámbitos de actuación es enorme: hogary jardinería, electrónica y ordenadores, alimentación ybebidas… Dentro de la subcategoría de “salud y bienes-tar”, los productos para el cuidado personal, el vestido,la cosmética o el deporte son los más numerosos.Respecto al origen de estos nanoproductos, se ponede manifiesto un auge de los procedentes de EstadosUnidos y el este asiático; así, en datos del año 2009, hasta540 de estos artículos se habían desarrollado en EstadosUnidos, 240 en los países del este asiático, únicamente154 en Europa y 66 en otras regiones del mundo.La mayor parte de los nanoproductos disponibles en estemomentotienenplatacomoprincipalmaterialensucompo-sición (en 2009, un total de 259); como otros materiales fre-cuentementeutilizados,seencuentran,porordendecrecienteenimportancia,elcarbón,eltitanio,lasilicona,elzincyeloro.El hecho de que la nanopartícula más común sea la plata tie-ne una explicación lógica, puesto que se trata de un materialantibacteriano y ayuda en los procesos de cicatrización de lasheridas; por eso, muchos de los productos comercializadosdirigidosalcuidadodelapielincorporanestematerial,valién-dosedesusparticularespropiedades.Una especial atención requiere el uso de la nanotec-nología en la industria de la alimentación y el embalaje.Recientemente, un informe de la Cámara de los Loresdel Reino Unido (Nanotechnologies and Food, redactadopor el Science and Technology Committee) ha evalua-do detalladamente los beneficios y posibles riesgos dela nanotecnología en la alimentación. Como principalesbeneficios se destaca la posibilidad de fabricar comidamás sana (con menos sal, azúcar y grasas) y que no pier-de su sabor; también se resalta la posibilidad de dispo-ner de envoltorios “inteligentes” (eliminando el oxígenodel embasado, permitiendo la conservación de alimen-tos a temperatura ambiente…); de la misma manera, seapuntan las ventajas de alimentos que suministran nu-trientes gracias al uso de determinadas nanopartículas;finalmente, se subraya el potencial de esta tecnología devanguardia en la agricultura (optimización de los fer-tilizantes, reduciendo significativamente la cantidad deabono para lograr mejores resultados). Y sin embargo, apesar de las promesas, en estos momentos tan sólo haydisponibles en el Reino Unido dos nanoalimentos y unode ellos se está cuestionado por motivos de seguridad(incluso se prevé su próxima retirada del mercado). Apesar de ello, hay más de 400 empresas que están inves-tigando el uso de nanomateriales en la alimentación yel embasado.Dentro de la nanotecnología, la seguridad es laprincipal cuestión todavía pendiente por resolver, so-bre todo en relación con el uso de nanomateriales enalimentación. En estos momentos no podemos aportar“El campo de la salud y bienestares el que acumula, con diferencia, elmayor número de nanoproductos.”
  12. 12. 15Introducción“La seguridad es la principal cues­tión pendiente de resolver, sobretodo en relación con el uso de nano­materiales en alimentación.”una respuesta definitiva sobre si los nanoproductos ali-menticios son totalmente seguros o no; la situación esrealmente complicada, dado que la toxicidad dependede muchos factores, como los materiales empleados(oro, óxido de zinc…), el tamaño, la forma y la super-ficie de las partículas, el método utilizado para fabri-carlas, la solubilidad y la biopersistencia. Aunque todosestos problemas se conocían desde hace muchos años,poco se ha hecho en este tiempo para tratar de aportarsoluciones. Además, tampoco ayuda la falta de transpa-rencia de la industria alimentaria, como han criticadoen alguno de sus informes los lores británicos.La respuesta de la sociedad a la nanotecnología tam-bién ha sido objeto de un análisis intenso y extenso enlos últimos años. Se han llevado a cabo numerosas en-cuestas que, entre otros aspectos, han puesto de relieveque la mayoría de los ciudadanos conocen poco o nadasobre este tema. En general, las personas con algún co-nocimiento en nanotecnología se muestran dispuestasa aceptar los posibles riesgos si, como contrapartida,se logran los beneficios prometidos, curiosamente unacorriente de opinión distinta a la que genera, por ejem-plo, la energía nuclear. La respuesta pública depende,en cualquier caso, de diversos factores: por un lado, laedad, el sexo, el nivel de educación y las creencias políti-cas, culturales y religiosas; y, por otro, también dependedel tipo de aplicación. Así, la nanoenergía se acepta bas-tante bien, pero no tanto las aplicaciones nanotecnoló-gicas en la salud humana.En este contexto destacan las iniciativas que hanllevado a término gobiernos de algunos países, comoFrancia o Reino Unido (con resultados contrapuestos),iniciando campañas de concienciación y divulgación delos beneficios que aportan estos nuevos recursos; en es-tos casos, dada la disparidad de resultados alcanzados,no siempre una mayor información es la solución paramejorar la respuesta popular. Como ejemplo, en unaencuesta realizada en Estados Unidos se preguntó a losciudadanos sobre los riesgos/beneficios de la nanotec-nología, partiendo de un colectivo de encuestados enlos que más de la mitad (51%) no estaban seguros delas ventajas/desventajas que ésta podría aportar. A estaspersonas se les informó mejor sobre lo que suponía lananotecnología y, a diferencia de lo que cabía esperar,lejos de mejorar la tasa de aceptación, se elevó sustan-cialmente el número de encuestados que terminaronconsiderando que los riesgos eran mayores que los be-neficios.Como otro ejemplo, en un artículo publicado enNature Nanotechnology (2006; 1: 153-5) se llevó a caboun estudio de percepción pública de los riesgos y bene-ficios de la nanotecnología en comparación con otrosrecursos o hábitos. Los autores situaron un hipotéticoeje central de riesgo/beneficio y observaron cómo, porejemplo, la energía solar o las vacunas se valoran comoaltamente beneficiosas y de bajo riesgo, mientras que,por el contrario, la energía nuclear se considera ligera-mente útil pero muy peligrosa, la biotecnología resultabeneficiosa pero segura y el tabaquismo se sitúa comoaltamente peligroso y nada beneficioso. 
  13. 13. 17RevoluciónnanotecnológicaconferenciasLananotecnologíaesunfactornecesarioparalamedicinaindividualizadaMauro FerrariCatedrático y Director del Departamento de Nanotecnología e Ingeniería Bio-médica de la Universidad de TexasEstrategiasbidireccionalesparaaplicacionesnanotecno-lógicasenlatecnologíadelainformaciónactualAndreas BergerDirectordeinvestigacióndelCICnanoGUNEConsoliderdeSanSebastiánNanocienciamolecular:lafuentedelanuevaquímica,nuevafísicaynuevosmaterialesEugenio CoronadoDirectordelInstitutodeCienciaMoleculardelaUniversidaddeValenciaEnfoquesparalaevaluaciónderiesgosennanotecnologíaTeresa FernandesCentro de Nanoseguridad de la Universidad Napier de Edimburgo
  14. 14. 19El profesor Mauro Ferrari, director del Depar-tamento de Nanotecnología e Ingeniería Bio-médica de la Universidad de Texas, fue el res-ponsable de iniciar esta conferencia, centrándose en lasaplicaciones de la nanotecnología en medicina.Como apertura a su ponencia, presentó algunos tra-bajos que está desarrollando su equipo orientados haciala comercialización de chips que permitan validar lautilidad de los fármacos que se utilizan contra el cáncer.El objetivo es que estos “chips” puedan informar sobrela eficacia de un medicamento específico en una deter­minada persona que está siendo tratada de un tumor,hecho que supondría un importante progreso en el in-tento de “personalizar la medicina”.La posibilidad de disponer de una medicina máspredictiva, preventiva y específica y, en definitiva, deofrecer a cada paciente el tratamiento más adecuadoen la dosis justa y el momento oportuno ha pasado deser una hipótesis de trabajo en investigación básica paraconvertirse en una realidad clínica, según Ferrari. Lasecuenciación del genoma humano y la identificaciónde algunos de los genes implicados en el desarrollo delas enfermedades ha permitido el surgimiento de unanueva manera de entender la medicina y los cuidadosde salud: la medicina individualizada.Para Mauro Ferrari, “todos los pacientes quierenrecibir un fármaco adecuado, que actúe en el lugar idó-neo y en el momento preciso, y también quieren saberlo antes posible si funciona o no. Esto es, en definitiva,lo que nos ofrece la medicina individualizada, medicinaLa nanotecnología es un factor necesariopara la medicina individualizadaMauro FerrariCatedrático y Director del Departamento de Nanotecnología e Ingeniería Biomédica de la Universidad deTexas (Estados Unidos)que no es antagónica con la medicina molecular, sinoque se trata de dos concepciones sinérgicas”.La nanotecnología ha permitido que este nuevoconcepto médico pase de la ciencia ficción a la prácticaclínica. Sin embargo, como matizó Ferrari, “por sí solala nanotecnología no va resolver problemas médicos,aunque sí va a ayudar sobremanera a alcanzar este fin”.A nivel mundial, Estados Unidos es el país que haapostado más decididamente por la nanotecnología,Reseña biográficaLicenciado en matemáticas ymedicina, y doctorado en inge­niería mecánica, el Dr. MauroFerrari es experto en el desa­rrollo, mejora y aplicaciones dela nanotecnología biomédica.En la actualidad es profesorde Terapéutica, director de laDivisión de Nanomedicina y del Departamento de IngenieríaBiomédica del Centro de Ciencias de la salud de la Universidadde Texas, y presidente de la Alliance for NanoHealth.Ha publicado unos 200 artículos en revistas especializadasy ha recibido numerosos premios nacionales e internacionales,entre los que se encuentran el James A. Shannon Director’sAward del National Institute of Health, el Department of Defen­se Breast Cancer Research Program Innovator Award en 2008y el Wallace H. Coulter Award for Innovation and Entrepreneu­rship en 1999.Sus áreas de investigación son la detección temprana de enfer­medadesenlasangremediantedetectoresproteómicos,nanovec­toresinyectablesenterapiaspersonalizadas,implantesinteligentesentratamientoscontroladosynanoestructurasenlaosteorregene­ración, áreas en las que tiene más de 30 patentes.Mauro Ferrari
  15. 15. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAelevándose en los últimos años no sólo el número de ar-tículos científicos e investigaciones que se llevan a caboen este campo, sino también el número de patentes re-lacionadas con nanofármacos. Según Ferrari, la mejormuestra de esta tendencia es el creciente protagonismoe inversión económica que las autoridades norteameri-canas han efectuado en el ámbito de la nanotecnologíaen el marco del National Cancer Institute. Además, se hacreado la Alliance for NanoHealth, que preside el pro-pio Ferrari. Se trata de una iniciativa pionera que surgeen el seno del Texas Medical Center y que trata de usarla nanotecnología para establecer lazos entre la medici-na, la biología, la ciencia de los materiales, la tecnologíainformática y las políticas públicas. En definitiva, comoaclaró Mauro Ferrari, “a través de grupos multidiscipli-nares de expertos y de colaboraciones multiinstitucio-nales, queremos acercar la nanotecnología a la prácticaclínica, todo ello para dar soluciones, desde el punto devista preventivo, diagnóstico y terapéutico, a problemasmédicos aún no resueltos”. Actualmente, ocho recono-cidas instituciones norteamericanas forman parte deesta Alianza (abierta también a otros países) y más deun centenar de investigadores colaboran en ella.SegúncomentoFerrari,enelLaboratoriodeNanotec-nologíaeIngenieríaBiomédicadelaUniversidaddeTexashay abiertas en estos momentos varias líneas fundamen-tales de investigación. Por un lado, pretenden fomentar ymejorar el uso de nanochips diagnósticos (especialmen-te dirigidos a las enfermedades oncológicas). Por otro,apuestan por la estrategia de fomentar la autocuración delorganismo humano, aportando herramientas y los recur-sos necesarios para que el propio organismo consiga esteobjetivo. En este sentido, el principal proyecto que dirigeFerrari consiste en el diseño de nanomateriales capacesde mejorar la cicatrización de heridas y optimizar la re-generación tisular en lesiones traumatológicas, ayudandoa las células madre a reparar lesiones óseas que el propioorganismo no puede resolver. Además, están intentandodesarrollar nanoglándulas para solucionar el malfun-cionamiento de los sistemas endocrino e inmunológico,sistemas que en situaciones normales liberan moléculasen el momento justo para luchar contra una determina-da enfermedad. “Las glándulas de un organismo liberanmensajeros, como la insulina, en el momento oportunoy en las cantidades adecuadas; partiendo del estudio dela fisiología humana, se están desarrollando tecnologías,como los nanocanales de silicona, capaces de imitar estosprocesos y, por lo tanto, de controlar temporalmente la li-beración de fármacos”, señaló Ferrari.De los principales programas de investigación quese están implementando en este centro de vanguardia,el conferenciante se centró específicamente en describirlos avances logrados en el desarrollo de nanochips quese utilizan para analizar las proteínas, los péptidos y elcontenido molecular de la sangre, con el fin último deidentificar marcadores de cáncer y monitorizar el resul-tado de los tratamientos farmacológicos.La oncología es una de las principales áreas de inves-tigación y aplicación de la medicina individualizada. Almargen de la creciente prevalencia de las enfermedadestumorales, el hecho de que cada tumor presente unas ca-racterísticas propias y diferenciales, así como que sufraimportantes modificaciones a lo largo de su evolución,“Laoncologíaesunadelasprincipalesáreasdeinvestigaciónyaplicacióndela medicina individualizada.”“La detección precoz del cáncer,a ni­vel molecular, es uno de los objetivosde la nanotecnología en medicina.”
  16. 16. 21La nanotecnología es un factor necesario para la medicina individualizada | Mauro Ferrari“La primera generación de nano­fármacos ya se está usando conéxito en la medicina clínica.”hace más necesaria y útil una aproximación individua-lizada en estos casos. “El cáncer es un modelo excelentepara utilizar la nanotecnología”, afirmó Ferrari.“Un único marcador sanguíneo no puede informarporsísolosobrelaexistenciadeuncáncerenunindividuoconcreto, sino que se requieren muchos de ellos para po-derofrecerundiagnósticoexactoycertero”,indicóFerrari,añadiendo que el cáncer es una enfermedad en la que sesobreexpresan y/o infraexpresan determinadas moléculas,de manera que es preciso evaluar cientos de miles de pro-teínas en el cuerpo humano para determinar, con fiabili-dad, la presencia o no de un tumor. “La detección precozdel cáncer, a nivel molecular, es uno de los objetivos de lananotecnología en medicina”, destacó Ferrari.Aplicaciones en medicinaSegún explicó Mauro Ferrari, la biología de la vida sebasa en nanoestructuras (ácidos nucleicos, ADN, pro-teínas...). Partiendo de esta realidad, los científicos ytécnicos están tratando de reproducir a nanoescalaalgunas funciones de estas estructuras esenciales parala vida. La utilidad de todo ello se multiplica cuando,además, se combinan e integran en estructuras mayoresque potencian sus funcionalidades. Poniendo el ejem-plo del organismo humano, Ferrari recordó que “dispo-nemos en nuestro cuerpo de células de gran tamaño (unglóbulo rojo mide 8.000 nm) que, además, se integranentre sí y, en conjunto, terminan desarrollando unida-des funcionales cada vez mayores”.En oncología, la nanotecnología ya es el presente,afirmó Ferrari, y añadió que los oncólogos llevan másde 15 años utilizando nanofármacos en la práctica clí-nica. “Los primeros nanofármacos en comercializarsefueron formulaciones de liposomas, como Caelix®/Do-xil®, una formulación pegilada liposomal de clorhidratode doxorrubicina que se utiliza en cáncer de mama yde ovario. Esta formulación permite al fármaco esqui-var al sistema inmune, incrementando el tiempo quepermanece en el organismo y haciendo que alcance másfácilmente el tumor, al tiempo que reduce su toxicidadcardíaca”, apuntó Ferrari. Tratando de explicar estos be-neficiosos efectos, el conferenciante puntualizó que “losvasos sanguíneos nuevos que facilitan la vida y el de-sarrollo del tumor (angiogénesis) crecen de una formadesorganizada y tienen ‘agujeros’ (ventanas o fenestra-ciones). Si la nanopartícula posee un tamaño suficiente-mente pequeño, puede entrar por esas ventanas”.La primera generación de nanofármacos y mediosde contraste nanotecnológicos ya se está usando conéxito en la clínica; se estima que este mercado supone,en estos momentos, más de 5 billones de dólares. Sinembargo, como señaló Mauro Ferrari, está surgiendocon fuerza una segunda generación que incluye ya dia-nas biomoleculares. De hecho, hay miles de nanopartí-culas “inteligentes” (con capacidad de reconocimientomolecular de células cancerígenas) que están en dis-tintas fases de investigación y desarrollo, y que se iránincorporando en gran medida a la práctica clínica enlos próximos años. “Además, en pocos años se esperaincluso disponer de una tercera generación de nanofár-macos”, adelantó Ferrari y continuó indicando que “setratará de múltiples partículas (y no de una sola) quetrabajarán y actuarán en equipo, por lo que sus capaci-dades funcionales serán enormes”.Para Ferrari, las nuevas generaciones de nanofár-macos permitirán resolver con eficacia problemas deprimer orden que se plantean actualmente en el trata-miento de los tumores. Así, por ejemplo, se sabe que losanticuerpos pueden identificar los antígenos de las célu-
  17. 17. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAlas cancerígenas, pero la nanopartícula con el anticuer-po incorporado casi nunca es capaz de atravesar las dis-tintas barreras biológicas que opone el organismo y, porlo tanto, no puede alcanzar a la célula cancerígena (losvasos sanguíneos resultan prácticamente impermea-bles). Según señaló el Dr. Ferrari, entre las biobarreras asuperar se encuentran la barrera endotelial y epitelial, elsistema retículo-endotelial, la degradación enzimática,la hemorreología, las presiones del fluido intersticial yosmótico asociadas al tumor, las membranas celular ynuclear o las bombas moleculares e iónicas.Tras un exhaustivo análisis y estudio pormenoriza-do de estas barreras biológicas, desde su departamentoen la Universidad de Texas se están investigando diver-sas opciones para poder superarlas con éxito y llegar asíal tumor de una forma más rápida y eficiente. Comen-tó Ferrari que el planteamiento seguido ha tratado deimitar algunos de los progresos alcanzados en la cienciaespacial, partiendo de una premisa básica: “si para llegara la Luna se precisó una nave espacial que debía superarcon éxito múltiples fases, para llegar al tumor tambiénse debe planificar una fase de aterrizaje en el vaso san-guíneo, la penetración en la barrera biológica y la in-troducción en la célula tumoral para causar su muerte”.En relación a este punto, Ferrari destacó que se estátratando de aportar soluciones en tres ámbitos cruciales:1) la margination dynamics, que alude a la posibilidadde conseguir amontonar nanovectores dirigidos hacialas paredes de los vasos sanguíneos; 2) la firm adhesion,que indica la capacidad del nanovector para reconoceruna diana biológica vascular y sujetarse a ella con fuer-za; 3) y, finalmente, la internalization, que se refiere a lacapacidad que puede tener un nanovector adherente decontrolar la captación celular.Partiendo de estos planteamientos y como indicóFerrari, se están diseñando nuevas nanopartículas que,a diferencia de las clásicas, adoptan una forma ovalada,superando así algunas de las limitaciones que se deri-van del uso de nanopartículas redondas. Si la partículalogra llegar a la pared del vaso sanguíneo (a través deuna serie de procesos de adhesión y de penetración),se pueden limitar significativamente los problemas detoxicidad. Y añadió que la forma esférica es la menosidónea para facilitar esta necesaria adhesión.Como anunció Ferrari, “hemos integrado todosestos conocimientos para poder desarrollar partículasnanoporosas de silicona, que han demostrado sus be-neficios en distintos modelos animales”. Citó a conti-nuación los resultados positivos obtenidos tras la inyec-ción de estas nanopartículas (partículas pSI), que sonatrapadas por el hígado y transportadas hacia los focosmetastásicos del cáncer. La posibilidad de disponer demétodos de imagen como la microscopía electrónicapermite, además, la visualización de estos efectos.Por último, Ferrari comentó que su grupo de traba-jo también cuenta ya con una experiencia positiva en laadministración de una única inyección de ARN de silen-ciamiento en el cáncer de ovario. Indicó que el cáncer secaracteriza por presentar siete aberraciones esenciales: laautosuficiencia en el crecimiento de señales, la capacidadpara eludir la apoptosis, la insensibilidad ante las señalesanticrecimiento, la angiogénesis sostenida, la invasióntisular, las metástasis y el ilimitado potencial replicativo.“Ahora –afirmó Ferrari como conclusión a su interven-ción– la propia naturaleza del cáncer puede analizarsecon herramientas específicas, que nos ayudarán en undiagnóstico precoz y un tratamiento individualizado enbeneficio del paciente.” “Las nuevas generaciones de na­nofármacos permitirán resolver coneficacia problemas de primer ordenen el tratamiento de los tumores.”
  18. 18. 23Estrategias bidireccionales paraaplicaciones nanotecnológicas en latecnolo­gía de la información actualAndreas BergerDirector de investigación del CIC nanoGUNE Consolider de San SebastiánEl siguiente ponente, el profesor Andreas Ber-ger, director de investigación del CIC nano-GUNE Consolider de San Sebastián, centrósu intervención en uno de los ámbitos de aplicaciónmás fructíferos y prometedores de la nanotecnología: latecnología de la información. Según Berger, la incorpo-ración de estos nuevos recursos a las tecnologías de lainformación, sobre todo en el procesamiento de datos(con la tecnología de silicio) y en el almacenamiento dedatos (tecnología de disco duro), puede marcar un antesy un después en el campo de la transmisión y almacena-miento de la información. Berger no sólo describió lascaracterísticas y utilidades de estas nuevas tecnologíasde la información, sino que también repasó los princi-pales enfoques que se están empleando en este ámbito,tanto desde las estrategias de bottom-up como de top-down; además, presentó algunas innovaciones que es-tán desarrollando en este centro utilizando estructurasmoleculares.Berger comenzó por referirse al centro en el que tra-baja y desarrolla sus investigaciones en la actualidad, elCIC nanoGUNE Consolider, inaugurado a principiosdel año 2009. Esta institución nació gracias a la cola-boración entre los gobiernos central y autonómico y laparticipación europea, con una inversión de más de 15millones de euros tan sólo en instrumental, según seña-ló Andreas Berger. Dicho centro se estructura en cincograndes grupos de trabajo en cinco campos de inves-tigación nanológica: nanomagnetismo, nanomontaje,nanoóptica, nanobiotecnología y nanodispositivos.Entre los temas que son objeto de investigación ennanoGUNE, destacó:• El estudio de las propiedades estructurales y electró-nicas de superficies nanoestructuradas.• La formación de monocapas autoensambladas demoléculas sobre diferentes sustratos.• La manipulación de la luz en dimensiones inferioresa su longitud de onda.Reseña biográficaEspecialista en nanomagne­tismo y nanoelectrónica, elDr.  Andreas Berger trabajóen la multinacional Hitachi enSan José (California) y en la ac­tualidad es director de inves­tigación del CIC nanoGUNEConsolider de San Sebastián,centro que promueve la colaboración entre investigadores líde­res mundiales y la industria.Es experto en la tecnología de vacío, recubrimiento de lasestructuras orgánicas de película delgada, caracterización delas técnicas de la ciencia de superficies, materiales nanoes­tructurados magnéticos, ópticos y eléctricos, caracterizaciónde películas delgadas y nanoestructuras, así como en óptica ymicroscopía electrónica de sonda.Andreas Berger
  19. 19. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICA• La descripción detallada del transporte molecular ensistemas de potencial desarrollo tecnológico en na-noelectrónica.• La comprensión y el ajuste del papel que desempe-ñan las interfaces entre fases estructural y química-mente diferentes.• La producción a gran escala de nanomateriales y na-nodispositivos.• La manipulación de biomoléculas sin desnaturali-zarlas.• La formación de nanobioestructuras para la libera-ción controlada de fármacos.Aplicaciones informáticasLa unidad de procesamiento central, la memoria y laconfiguración de los ordenadores, según informó Ber-ger, no ha variado sustancialmente desde su creación;sin embargo, sí que se han introducido espectaculares yfrecuentes cambios en la nanotecnología, especialmentela aplicada al almacenamiento de datos. “Desde princi-pios de la década de los noventa hasta el momento ac-tual se han rebajado sustancialmente las dimensiones delas estructuras tecnológicas informáticas de procesadode datos, pasándose de tamaños próximos a la micra adimensiones inferiores a los 45 nanómetros. Sin embar-go, aún queda por aclarar si estas diminutas tecnologíaspueden distribuirse y comercializarse de forma masiva”,apuntó Berger.Desde el primer disco duro construido por IBM enel año 1956 hasta la actualidad, la evolución ha sido ex-traordinaria, sobre todo en lo que respecta al númerode megabytes por pulgada cuadrada. “La capacidad degrabación de un dispositivo depende de la densidad deinformación que podemos grabar en él. La densidad delárea, que se calcula tomando el número de bits por pul-gada que pueden escribirse para ser leídos, desde cadapista, multiplicado por el número de pistas por pulgadaque contiene el disco, ha variado significativamente enmuy poco tiempo. En poco más de medio siglo se halogrado incrementar en más de 200 millones de vecesla densidad del área (desde valores de 10-3a cifras de106)”, señaló Berger, añadiendo que, “en los discos du-ros que se pueden adquirir ya en cualquier tienda, lasdimensiones de los dispositivos de almacenamiento soninferiores a 100 nanómetros”.SegúnexplicóBerger,paraconseguirestarápidaevo-lución en la capacidad de los sistemas se optó por distin-tos tipos de estrategias. Por un lado, se ha potenciado lacreación de dispositivos de tamaño inferior a 100 nm;esta concepción de la nanotecnología se conoce comoaproximación top-down o descendente; por su parte, laestrategia de tipo bottom-up se asocia con la construc-ción de nanoestructuras mediante autoensamblaje.Dentro de las denominadas estrategias top-down,destacó el desarrollo de nanolitografías. La litografía aescala nanométrica alude a la fabricación de microes-tructuras con un tamaño que ronda los nanómetros, loque implica la existencia de patrones litografiados en losque al menos una de sus dimensiones longitudinales esdel tamaño de átomos individuales y aproximadamen-te del orden de 10 nm. La nanolitografía se usa en lafabricación de circuitos integrados de semiconductoreso sistemas nanoelectromecánicos. La litografía óptica,que ha sido la técnica predominante en el uso de pa-trones desde el comienzo de la era de los semiconduc-tores y para la fabricación de circuitos integrados, se-gún apuntó Berger, es capaz de producir patrones pordebajo de los 100 nm, usando longitudes de onda muy“En poco más de medio siglo seha logrado incrementar en más de200 millones de veces la capacidadde los discos duros.”
  20. 20. 25Estrategias bidireccionales para aplicaciones nanotecnológicas en la tecnolo­gía de la información actual | Andreas Bergercortas; este tipo de litografía requiere el uso de inmer-sión líquida y una multitud de mejoras en la tecnolo-gía de fotomáscara, además de corrección óptica porproximidad para llegar a detalles del orden de 32 nm.En este caso, tanto la generación de estructura ópticacomo los pasos de procesamiento posteriores siguencaminos paralelos. Según explicó Berger, “para crearmicroestructuras en litografía óptica se utiliza un siste-ma de fotoprocesado similar al empleado clásicamentecon las cámaras analógicas”; como desventaja, añadió,“debemos asumir que cuanto más pequeñas se quierenhacer estas microestructuras, más grandes y potentesson las máquinas que se deben utilizar para fabricarlas;además, también es preciso llevar a cabo estos procesosen entornos muy limpios y exentos de partículas ajenasque puedan alterar el mecanismo de fabricación”.Otra estrategia top-down que se sigue, según explicóBerger, es la basada en la litografía por haz de electro-nes. Gracias a ésta se consiguen crear nuevas estructu-ras para procesos de grabado y escritura mediante ha-ces electrónicos. “La litografía por haz de electrones seha consolidado como una de las técnicas más eficacesque permite definir motivos en el rango nanométrico”,indicó Berger, añadiendo que su implantación ha per-mitido la nanofabricación de estructuras y dispositivospara su uso en nanotecnología y nanociencia. Esta téc-nica se basa en la definición de motivos submicrónicosmediante el rastreo de un haz energético de electronessobre una resina. La naturaleza de los electrones, el de-sarrollo de haces extremadamente finos y su controlpreciso hacen posible una plataforma adecuada en fun-ción de los requerimientos de la nanofabricación.Para Berger, el uso de la litografía por haz de elec-trones para el desarrollo de un gran número de nanoes-tructuras, nanodispositivos y nanosistemas ha sido, ycontinúa siendo, crucial para la producción de másca-ras, prototipos o dispositivos para la investigación bá-sica. Su éxito radica en la alta resolución, la flexibilidady la compatibilidad con otros procesos de fabricaciónconvencionales, pero “se trata de un recurso lento (sólotraza punto por punto) que por ahora no resulta útilpara una aplicación industrial”, afirmó Berger.Explicó igualmente que la litografía de nanoimpre-sión se fundamenta en un mecanismo algo más sofisti-cado que la imprenta. Básicamente, consiste en grabarsuperficies poliméricas con diseños que alcanzan de-talles más pequeños de 10 nanometros, a través de laimpresión de una moldura dura dentro de una materiablanda. Se trata de un proceso de nanolitografías sim-ples con bajo coste, alto rendimiento y alta resolución.Según Andreas Berger, este proceso ha tenido un rápidodesarrollo durante la última década; sin embargo, toda-vía no se ha desarrollado suficientemente en aspectostales como la metrología a nanoescala y la estandariza-ción. “La nanoimpresión ofrece un método económica-mente ventajoso para la fabricación de nanotecnología ytambién contribuye a las etapas iniciales de la construc-ción de materiales artificiales autoorganizados o parainducir autoorganización por medio de modulacionesquímicas o topológicas de superficies”, apuntó Berger.Como aplicaciones prácticas de esta técnica, destacó sucapacidad para producir sistemas ópticos plásticos im-presos sobre un polímero multicapa y para sustituir latécnica de los haces electrónicos por otros sistemas delitografía más económicos y rápidos.“Ahora –indicó Berger– el reto está en combinar dis-tintos tipos de tecnologías que permitan la fabricación“Cuanto más pequeña se quierehacer una microestructura, másgrandes y potentes son las má­quinas que se deben utilizar parafabricarla.”
  21. 21. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAindustrial de litografías a pequeña escala y bajo precio.Desde el punto de vista experimental, en el laboratoriose ha probado con éxito este abordaje, pero aún se des-conoce si pueden alcanzarse los mismos resultados exi-tosos en la producción industrial.”Además de la estrategia top-down, basada funda-mentalmente en reducir los tamaños, Berger indicó queen los últimos años se han extendido igualmente losenfoques de bottom-up o ascendentes, que complemen-tan o amplían el abordaje descendente. Como ejemplopráctico destacó las técnicas guiadas de autoensamblajede los copolímeros de bloque. “Los polímeros nanoes-tructurados multifuncionales son un área clave para eldesarrollo de nuevos dispositivos y estructuras que, enun futuro cercano, pueden ofrecer nuevas funcionesen aplicaciones avanzadas; así, se está progresando enla nanoestructuración de matrices poliméricas de tipotermoplástico o termoestable basándose en la capaci-dad de autoensamblaje de los copolímeros de bloqueque se introducen en estas matrices, y también se estáinvestigando sobre la funcionalización tanto de nano-partículas magnéticas como de nanotubos de carbonoutilizando diversas vías que incluyen la introducciónreactiva de cadenas poliméricas por técnicas de polime-rización avanzadas en las superficies de dichas nanoen-tidades”, explicó Berger.Para Berger, las estrategias de bottom-up pueden serautónomas, válidas por sí mismas, no siendo únicamen-te un complemento del enfoque top-down (ya se cuentacon algunos ejemplos que han alcanzado resultados sa-tisfactorios).Como cierre de su conferencia, Andreas Bergerrecordó algunas de las frases pronunciadas por el Pre-mio Nobel de Física Richard Feynman, el primero enhacer referencia a las posibilidades de la nanociencia yla nanotecnología en el célebre discurso que ofreció enCaltech (Instituto Tecnológico de California) el 29 dediciembre de 1959 titulado There’s plenty of room at thebottom. Berger corroboró que “hay todavía mucho sitioen lo pequeño y, posiblemente, el límite de tamaño alque podemos llegar en un dispositivo que quiera uti-lizarse en la vida real sea el de un solo átomo; en estosmomentos, con la tecnología actual, conseguimos dis-positivos en los que tan sólo hay un millón de átomospor bit (cuando Richard Feynman pronunció dichaconferencia magistral, había más de 10 billones de áto-mos en cada bit)”. Por lo tanto, concluyó, “hay suficienteespacio para conseguir que los futuros dispositivos na-notecnológicos funcionen aún de forma más rápida yóptima”, y añadió que “otro reto pendiente es hacer lascosas más pequeñas pero en tres dimensiones, y no enun solo plano”. “El límite de tamaño al que sequiere llegar en un nanodispositivoes un solo átomo.”
  22. 22. 27El profesor Eugenio Coronado, director del Ins-tituto de Ciencia Molecular de la Universidadde Valencia, centró su ponencia en explicar lasposibilidades de la nanociencia desde una perspectivamás teórica, y en especial del estado actual de la nano-química.Coronado comenzó afirmando que en la actualidad,la nanociencia y la nanotecnología ofrecen un amplioabanico de aplicaciones teóricas, convirtiéndose en unmotor que está permitiendo un cambio drástico en laquímica y la física, así como la creación de nuevos ma-teriales, pero también plantean algunas dudas a nivelde ciencias básicas y teóricas, que precisan ser resuel-tas urgentemente para asegurar el progreso y la utilidadpráctica de esta ciencia.A continuación, Coronado dio a conocer a los asis-tentes un trabajo de su grupo de investigación en el quese ha conseguido introducir en un mismo material dospropiedades incompatibles: la superconductividad, ca-pacidad para conducir la corriente eléctrica sin resisten-cia en determinadas condiciones, y el ferromagnetismo,ordenamiento magnético o imantación. “En física sedice que un material ferromagnético y superconductorno pueden existir si la conductividad y el ferromagne-tismo están en la misma región del espacio, pero en quí-mica podemos diseñar ese tipo de estructuras ponién-dolas en distintas regiones del espacio y con bloquesmuchos más pequeños de lo investigado hasta ahora”,aseguró.Nanociencia molecular: la fuente de lanueva química, nueva física y nuevosmaterialesEugenio CoronadoDirector del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad deValenciaReseña biográficaDoctor en Ciencias Químicaspor la Universidad de Valenciay doctor en Ciencias Físicaspor la Universidad Louis Pas­teur de Estrasburgo, EugenioCoronado es catedrático deQuímica Inorgánica en la Uni­versidad de Valencia y direc­tor del Instituto de Ciencia Molecular de esta universidad, uncentro de investigación interdisciplinar formado por unos 80investigadores que desarrollan su investigación en el estudiode las moléculas y los materiales moleculares con propiedadesfuncionales, así como en sus aplicaciones en áreas de interéscientífico y tecnológico (magnetismo molecular, electrónicamolecular, nanociencia molecular y nanotecnología...).En los últimos años, las investigaciones del profesor Corona­do se han centrado en el uso de una aproximación molecularpara diseñar materiales multifuncionales y nanoimanes molecu­lares. Los resultados de esta investigación se han plasmadoen unos 300 trabajos en revistas científicas internacionales dequímica y ciencia de materiales. Ha recibido numerosas distin­ciones científicas como el Premio Rey Jaime I de Investigaciónen Nuevas Tecnologías, el Premio Nacional de InvestigaciónCientífico-Técnica Rey Juan Carlos I y la Cátedra Van Arkel de laUniversidad de Leiden.Eugenio CoronadoEn la nanociencia molecular hay implicadas variasdisciplinas científicas, como la química supramolecu-lar, el magnetismo molecular, la electrónica moleculary la ciencia de superficies. Químicos, físicos, biólogose ingenieros comparten, por lo tanto, trabajo en nano-ciencia. Las moléculas funcionales como, por ejemplo,
  23. 23. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAel fulereno, las nanopartículas, sobre todo aquellas quepueden funcionalizarse o las que se obtienen a partir debiomoléculas, como la ferritina, y los materiales, comoel grafeno, son los principales sistemas químicos de in-terés para la nanociencia molecular.“La aproximación molecular de la nanociencia se ini-cia con el estudio de bloques moleculares sencillos, quese agrupan y terminan construyendo nanoestructuras”,explicó Coronado. La nanociencia molecular parte de lainvestigación y el diseño de moléculas funcionales y na-noobjetos moleculares, para posteriormente proceder a laorganización molecular e intermolecular (utilizando pro-cesos como el autoensamblaje o la autoorganización mo-lecular) y, finalmente, medir propiedades físicas/químicasde una única molécula y determinar aplicaciones prácticas(en electrónica molecular, espintrónica molecular, senso-res moleculares, medicina, catálisis...).Ejemplos paradigmáticosDe cada una de estas etapas o fases de aproximaciónmolecular de la nanociencia existen en estos momentosejemplos característicos, según explicó el profesor Co-ronado.De la fase de diseño de nanomoléculas, el conferen-ciante tomó como ejemplo ilustrativo las nanopartícu-las magnéticas. Una forma de diseñar este tipo de nano-partículas es utilizando una biomolécula natural, comola ferritina. Ésta es la proteína encargada de almacenarhierro en los animales y en las plantas; mide unos 12 nmde diámetro y en su interior contiene una nanopartículaformada por átomos de hierro. Un tratamiento quími-co en disolución permite extraer la nanopartícula deoxohidróxido de hierro de su interior. Se obtiene así laapoferritina, una proteína porosa que se puede emplearcomo nanorreactor biomolecular para hacer química.Se dispone, por lo tanto, de nanopartículas de tamañocontrolado que, además, son solubles en agua y que, adiferencia de las nanopartículas metálicas desnudas, noforman agregados. De esta forma, como mostró Coro-nado, “se puede incluir en su núcleo un ión metálico,que penetra gracias a la superficie porosa de esta pro-teína, junto con un agente químico reductor, lo quepermite producir partículas metálicas de distintos tipos(nanopartículas de níquel, cobalto...) e, incluso, nano-partículas magnéticas”. Lo importante, a su juicio, “esque con este tipo de abordaje podemos hacer cualquiertipo de reacción química dentro de una molécula deeste tipo, lo que abre innumerables posibilidades”.¿Y para qué se pueden utilizar estas nanopartí-culas surgidas de un nanorreactor molecular? ParaCoronado el siguiente reto es organizar estos nano-objetos sobre superficies de forma controlada y conprecisión nanométrica. A corto plazo, esto permitiríadiseñar nanoestructuras magnéticas; a más largo pla-zo, dichas nanoestructuras podrían ser de interés ennanoelectrónica y nanomagnetismo para desarrollarmemorias magnéticas de muy alta densidad basadasen nanopartículas magnéticas.“Utilizando la técnica de la nanolitografía de oxi-dación (con microscopía de fuerza atómica), se puedeacercar una punta a una superficie de silicio, lo que“Químicos, físicos, biólogos e in­genieros comparten su trabajo ennanociencia.”“Podemos llevar a cabo reaccionesquímicas dentro de una molécula,lo que abre innumerables posibili­dades.”
  24. 24. 29Nanociencia molecular: la fuente de la nueva química, nueva física y nuevos materiales | Eugenio Coronadofavorece su oxidación, creándose puntos o rayas deóxido de silicio que se generan con una precisión ytamaño nanométrico (10 nm)”, indicó Coronado yañadió que, “en esos puntos o rayas podemos depo-sitar selectivamente la ferritina”. Esto es posible por-que el óxido de silicio atrapa electrones (negativos),mientras que la ferritina tiene una carga positiva; así,por atracción electroestática, la ferritina se adhiereúnicamente donde están las rayas o puntos de silicio.Dado que esta proteína ha sido previamente cargadacon una nanopartícula magnética, se pueden situarde forma sencilla este tipo de partículas (que puedenservir como bits de memoria magnéticos) en aquellasposiciones seleccionadas específicamente por los in-vestigadores, explicó Coronado.Las nanopartículas spin-crossover, que tienen lapropiedad de ser biestables (pueden pasar de ser mag-néticas a no serlo, y viceversa), son una muestra másde las posibilidades que ofrece la nanociencia en eldiseño de nanopartículas.Es más, según refirió Coronado, se han diseñadotambién moléculas magnéticas sencillas, que midenúnicamente un nanómetro y que pueden incluso evo-lucionar hacia especies mononucleares (capaces dealmacenar memoria con un único átomo). Una virtudde algunas de estas moléculas magnéticas biestableses que, gracias a su forma, son capaces de adherirse adeterminadas superficies diana y, por lo tanto, puedenautoensamblarse y autoorganizarse, “por lo que es po-sible disponer en este caso de muchas nanomolécu-las aglomeradas y organizadas que miden alrededorde un nanómetro cada una de ellas y que tienen unestado magnético que podemos manipular”, señalóCoronado.Para el conferenciante, una de las aplicacionesprácticas que se podrían derivar de este proceso dediseño y desarrollo de nuevas nanopartículas es lacreación de nuevas memorias magnéticas de muy altadensidad. Pero al tratarse de objetos nanométricos enlos que empieza a tener una cierta relevancia la me-cánica cuántica, surgen efectos cuánticos; de maneraque, en opinión de Coronado, “estos sistemas no sólopueden tener aplicaciones como bits de memoria,sino también como bits cuánticos (qubits), que apor-tan algunas ventajas potenciales añadidas”. Con todo,en este ámbito, el principal desafío es conseguir apli-caciones nanoelectrónicas/nanoespintrónicas de unasola molécula.Además de moléculas y de nanopartículas, ya haymateriales surgidos de la nanociencia molecular queposeen importantes aplicaciones electrónicas, comoel grafeno distorsionado periódicamente, los super-conductores o los materiales con células solares or-gánicas, mucho más fáciles de procesar y flexibles quelos sistemas basados en el silicio.Por último y como cierre a su intervención,Coronado quiso mencionar especial aunque bre-vemente los diodos orgánicos de emisión de luz(OLED), diodos que se basan en una capa electro-luminiscente formada por una película de compo-nentes orgánicos que reaccionan a una determina-da estimulación eléctrica generando y emitiendoluz por sí mismos. “Existen muchas tecnologíasOLED diferentes, tantas como la gran diversidadde estructuras (y materiales) que se han podidoidear (e implementar) para contener y mantener lacapa electroluminiscente, así como según el tipo decomponentes orgánicos utilizados. Ésta es otra im-portante área de investigación nanotecnológica enel futuro”, concluyó Coronado. “El principal desafío es conseguiraplicaciones nanoelectrónicas/nano­espintrónicas de una sola molécula.”
  25. 25. 31La profesora Teresa Fernandes, experta en Na-noseguridad del Centro de Nanoseguridad dela Universidad Napier de Edimburgo, cerróeste ciclo de conferencias queriendo mencionar unaposible sombra o cautela entre tantos usos y avancespositivos en la nanotecnología. Teresa Fernandes abriósu intervención con una clara afirmación: “Es ciertoque la nanotecnología aporta al conjunto de la sociedadmúltiples beneficios en sus aplicaciones, pero tambiénplantea retos y desafíos en ámbitos como la seguridad,especialmente cuando esta tecnología se aplica en agri-cultura y alimentación”.Teresa Fernandes ofreció a continuación su defini-ción de nanotecnología como todo aquello relacionadocon el diseño controlado, la caracterización, produccióny exploración de materiales que tienen un tamaño nano,es decir, que poseen unas dimensiones estructurales in-feriores a 100 nm. “La manipulación de materiales coneste diminuto tamaño ofrece ventajas potenciales, conposibles aplicaciones prácticas de gran interés por lamejora que supone en la catálisis, las propiedades me-cánicas, las propiedades ópticas, la conductividad eléc-trica, etc., pero también deberían hacernos pensar enalgunas medidas de seguridad y precaución”, comentóFernandes.Según Fernandes, debido a la diversidad y elevadaproliferación de nanomateriales en los últimos años,se han incrementado igualmente las dificultades paraevaluar correctamente su perfil de seguridad. Las auto-ridades competentes son conscientes de esta realidad,Enfoques para la evaluación de riesgosen nanotecnologíaTeresa FernandesCentro de Nanoseguridad de la Universidad Napier de EdimburgoReseña biográficaInvolucrada en el estudio y laevaluación de los efectos dela contaminación y los nano­materiales en un amplio rangode especies, la Dra. TeresaFernandes es la investigadoraprincipal sobre ecotoxicologíadel Centro de Nanoseguridadde la Universidad de Napier, así como experta del ComitéCientífico de la Comisión Europea sobre Riesgos para la SaludEmergentes y Recientemente Identificados y asesora científicatanto de la Comisión Europea (evaluación de riesgos) como delGrupo ISO TC 229 sobre Nanotecnologías y Sostenibilidad.Asimismo, es profesora de Ciencias Medioambientales enla Universidad Napier de Edimburgo y consultora de gruposgubernamentales e industriales en el campo de los impactosmedioambientales, monitorización y recuperación.Teresa Fernandesexistiendo un reconocimiento generalizado de que laseguridad de los nanomateriales debe estar perfecta-mente estudiada y demostrada para que éstos puedanutilizarse en la vida diaria. Para Fernandes, el ScientificCommittee on Emerging and Newly Identified HealthRisks (SCENIHR) es una de las instituciones más acti-vas en este campo, con la redacción y publicación pe-riódica de informes que ofrecen una análisis detalladode los riesgos que pueden acarrear algunos de estos na-nomateriales.La tendencia actual en nanotoxicología es evaluarel riesgo partiendo de dos variables fundamentales: elpeligro y la exposición. Como explicó Fernandes, “unnanomaterial puede ser muy peligroso, pero si no hay
  26. 26. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICA“Las nanopartículas pueden pene­trar profundamente en los bron­quios, alcanzar los alvéolos pulmo­nares, donde, por su tamaño, noson fácilmente eliminadas, y provo­car así un proceso inflamatorio.”“El objetivo que nos hemos pro­puesto es maximizar el potencialde la nanotecnología minimizandoel riesgo.”una exposición a éste, no planteará demasiados proble-mas para la sociedad, y viceversa. “El objetivo que noshemos propuesto es maximizar el potencial de la nano-tecnología minimizando el riesgo”, indicó Fernandes.De ahí, según Fernandes, que los expertos en nano-toxicidad hagan especial hincapié en investigar todas lasposibles rutas de producción y liberación de estos nano-materiales, puesto que son los focos principales de ex-posición a éstos. Se analizan desde las fases de produc-ción, transporte y almacenamiento hasta los procesosde incorporación de estos productos a una formulación,su interacción con sistemas biológicos, la posible mez-cla de estos materiales con productos de deshecho, surelación con elementos químicos presentes en el medioambiente y el potencial de exposición en humanos pormedio de la cadena alimentaria.De especial importancia, como destacó Fernandes,es el estudio exhaustivo del posible destino de los na-nomateriales en el cuerpo humano. Entre las principa-les rutas por las que el cuerpo puede quedar expuestoa estos productos destaca la dérmica, pero también laexposición puede producirse por medio de inyección,inhalación o ingestión. En última instancia, la sangreserá el principal destino de la ruta dérmica, así comode la exposición por inyección (principalmente de fár-macos), la inhalación de aire (que pasará previamentepor los pulmones) y la ingestión (tras pasar por el tractogastrointestinal). Una vez en la sangre, estos materialespueden ser distribuidos por los principales órganos delcuerpo humano, provocando distintos tipos de efectos.El estudio de la contaminación aérea es una de lasprincipales áreas de investigación del Centro para Na-noseguridad de la Universidad Napier de Edimburgo,según informó Fernandes, dedicando muchos de sustrabajos al análisis de las partículas mayores de 10 mi-crómetros (PM10). “Se ha demostrado, por ejemplo, queel incremento de los niveles de PM10se asocia con unaacusada reducción de la función pulmonar, una eleva-ción de los ataques asmáticos, un aumento de los ingre-sos hospitalarios, una mayor tasa de muertes y un ma-yor porcentaje de casos de cáncer”, apuntó Fernandes,añadiendo que antes de generalizarse el estudio de lananotoxicidad, ya se asumía la existencia de partículasultrafinas (con un diámetro inferior a 100 nm), que in-ducían una mayor toxicidad e inflamación en compara-ción con otras partículas respirables de mayor tamaño.“Las PM10, al ser inhaladas y penetrar con facilidaden el sistema respiratorio humano, causan efectos ad-versos a la salud de las personas. Esto se debe, funda-mentalmente, a su capacidad para entrar más profun-damente en los pulmones y por estar compuestas deelementos que son más tóxicos (como metales pesadosy compuestos orgánicos)”, comentó. Y es que, segúnexplicó Fernandes, los bronquios están diseñados paraexpulsar de los mismos materiales que pueden resultartóxicos, pero si las partículas son de un tamaño muyreducido esta tarea se complica y no siempre resulta
  27. 27. 33Enfoques para la evaluación de riesgos en nanotecnología | Teresa Fernandes“Aparte del tamaño, hay otras mu­chas propiedades físico-químicasde las nanopartículas que, jun­to con su reactividad biológica,influyen en su capacidad para pro­vocar reacciones indeseadas en elorganismo humano.”posible para el organismo desprenderse y arrojar estosproductos. “Estas partículas de pequeño tamaño pue-den, por lo tanto, penetrar en los alvéolos pulmonares,desde donde no suelen ser fácilmente eliminadas por elorganismo (aunque el sistema linfático y/o el sistemamucociliar pueden ayudar en este intento), situaciónque puede convertirse en el foco de un proceso inflama-torio, ya que el epitelio puede generar especies reactivasde oxígeno proinflamatorias”, indicó.Según Fernandes, ya desde la década de los no-venta se sabe que el riesgo de inflamación pulmonarse eleva significativamente cuanto más pequeñas sonlas partículas. Diversos trabajos del Centro para Na-noseguridad han confirmado estas ideas, subrayandola relación inversamente proporcional que se estable-ce en general entre el tamaño de las partículas y elriesgo de inflamación. Igualmente, han mostrado queel tipo de partícula también es un factor esencial paradeterminar el riesgo de inflamación, ya que no todaslas nanopartículas tienen la misma capacidad parainducir este efecto pernicioso.Y es que, según indicó Teresa Fernandes, “aparte deltamaño, hay otras muchas propiedades físico-químicasde las nanopartículas que, junto con su reactividad bio-lógica, influyen en su capacidad para provocar reaccio-nes indeseadas en el organismo humano”. Entre estascaracterísticas resaltan el tamaño, la forma, la composi-ción, la carga (que influye en las interacciones molecu-lares), la estructura cristalina, la solubilidad (que tieneun impacto directo en el proceso de aclarado, la libe-ración de componentes tóxicos y la biopersistencia), laresistencia (que determina también el aclaramiento, labiopersistencia y la durabilidad) o la conductancia eléc-trica (fundamental para el potencial de membrana y losgradientes electroquímicos); cada una de ellas determi-nará, en mayor o menor medida, las propiedades mássignificativas y el perfil de seguridad de las nanopartí-culas y, por lo tanto, su aplicabilidad.Para Fernandes, una de las características más sig-nificativas de las nanopartículas que hay que tener encuenta es la forma. “Los nanotubos, por ejemplo, pre-sentan una forma peculiar, ya que tienen una elevada re-lación longitud/radio (el radio suele ser inferior a un parde nanómetros y, sin embargo, la longitud puede llegar aser incluso de 105 nm). Los nanotubos son estructurastubulares cuyo diámetro es del orden del nanómetro,pudiendo ser de muchos materiales (tales como el sili-cio); generalmente el término se aplica a los nanotubosde carbono, que son una forma alotrópica del carbono,como el diamante, el grafito o los fulerenos. Poseen unaresistencia excepcional, así como cualidades de conduc-tividad eléctricas y térmicas sobresalientes”, explicó.El mercado potencial de los nanotubos puede supe-rar el billón de dólares para el año 2012. “Se presuponede salida que no deberían ser nanomateriales más peli-grosos que el grafito”, señaló Fernandes.Un material que merece una consideración especialdesde el punto de vista de la seguridad para Teresa Fer-nandes es el denominado asbesto (más conocido con elnombre de amianto). “Bajo este término se alude a ungrupo de minerales metamórficos fibrosos compuestosde silicatos de cadena doble. Los minerales de asbestotienen fibras largas y resistentes que se pueden separary son suficientemente flexibles como para ser entrela-
  28. 28. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAzadas y también resisten altas temperaturas. Debido aestas especiales características, el asbesto se ha usadopara una gran variedad de productos manufacturados,principalmente en materiales de construcción, pro-ductos de fricción, materias textiles termorresistentes,envases, paquetería y revestimientos, equipos de pro-tección individual o pinturas e, incluso, también estápresente en algunos alimentos. Se ha determinado porlos organismos médicos internacionales que los pro-ductos relacionados con el asbesto/amianto provocancáncer con una elevada mortalidad y por ello, desdehace décadas, se ha prohibido su uso en todos los paí-ses desarrollados, aunque se continúa utilizando enalgunos países en vías de desarrollo”, explicó Fernan-des, añadiendo que la inhalación prolongada de estosmateriales puede llevar al desarrollo de patologías talescomo la asbestosis (disminución de la capacidad pul-monar), el mesotelioma (un tipo de cáncer raro quese desarrolla en la cavidad toráxico o abdominal) o elcáncer pulmonar.Según indicó, en la actualidad su equipo está tratan-do de investigar la posible analogía o paralelismo entrelas propiedades del amianto y otros materiales fibrosos.Comentó igualmente que la durabilidad, el ratio largo/delgado y la presencia de hierro son tres propiedadesdel amianto que tienen importantes consecuencias(biopersistencia, daño debido a la generación de espe-cies de oxígeno reactivo), con un claro impacto bioló-gico negativo (provocación de inflamación, que eleva laproliferación celular y el daño genético, dando lugar aprocesos de fibrosis y/o cáncer).En la Universidad Napier de Edimburgo, Brown etal. han efectuado un pormenorizado análisis de la se-guridad de los nanotubos de carbono y su efecto sobreel organismo, evidenciándose los distintos tipos de ta-maño que tienen estos productos y confirmándose que“aquellas partículas más largas son las que crean másproblemas biológicos, ya que los macrófagos son inca-paces de eliminarlas”, aseguró Fernandes.Fernandes citó igualmente otro estudio llevado a caboen este centro, firmado por Poland et al. y publicado enNature Nanotechnology, en el que se compararon los efec-tos de algunos nanotubos y otras partículas similares alamianto en la cavidad peritoneal de ratones, comprobán-dose la patogenicidad de los nanotubos de carbono queson más fibrosos y largos. Según Fernandes, se observóque aunque la fagocitosis es capaz de reconocer, envolver einternalizar los materiales extraños quellegan al cuerpo, seproduce un fenómeno de fagocitosis frustrada cuando lassustancias son demasiado largas y biopersistentes para quepuedan ser eliminadas por los macrófagos; esto, además,se asocia con una excesiva liberación de especies reactivasde oxígeno y mediadores celulares (como proteasas o cito-cinas), lo que puede causar muerte celular y daño tisular.“Según concluyen los autores de este estudio, existe unapreocupante semejanza entre los efectos que inducen losnanotubos más largos y el amianto” y es que, como explicóFernandes, “los nanotubos que tienen una mayor longitudproducen una mayor respuesta inflamatoria que los máscortos, por lo que existe una estrecha vinculación entre sulongitud y su toxicidad”.“Los nanotubos de carbono pue­den causar muerte celular y dañotisular al no poder ser eliminadospor los macrófagos.”“En contacto con el medio ambien­te, las partículas pueden experi­mentar transformaciones significa­tivas que modifiquen su toxicidad.”
  29. 29. 35Enfoques para la evaluación de riesgos en nanotecnología | Teresa FernandesEn opinión de Fernandes, muchos de estos estudiostoxicológicos y la información generada por los mismosse puede utilizar para las investigaciones en ecotoxicolo-gía (toxicología medioambiental), corroborándose quela forma y el tipo de material son dos factores esencia-les para determinar el posible mecanismo toxicológicode los nanomateriales. Sin embargo, señaló Fernandes,“cuando hablamos del medio ambiente, no se deben ha-cer generalizaciones o traslaciones de hallazgos de unmedio a otro”. En contacto con el medio ambiente, laspartículas pueden experimentar transformaciones sig-nificativas, que pueden variar sustancialmente depen-diendo del medio concreto en el que acaben acumulán-dose y, por lo tanto, su toxicidad puede modificarse.Un reciente estudio de Gaiser et al., citado porFernandes, ha puesto de relieve, por ejemplo, que de-terminados nanomateriales se acumulan en el interiorde algunas especies acuáticas (como la gamba) y pro-ducen una afectación física inmediata; es más, se haevidenciado cómo algunas nanopartículas no sólo seacumulan en la piel y el interior de estas especies, sinoque también se aglomeraban en la grasa orgánica. Otroestudio igualmente citado de Navarro et al. también hademostrado que algunos componentes presentes en elmedio ambiente (las materias orgánicas) pueden elevarla estabilidad de las nanopartículas, así como su biodis-ponibilidad, mientras que otros (como los iones de sal)pueden fomentar la agregación de las nanopartículas,reducir su biodisponibilidad o, incluso, restringir susinteracciones con el organismo.En relación con el riesgo y la toxicidad, Fernandesse refirió igualmente al estudio de Ford et al., en el quese señala que la exposición a una determinada nano-partícula no es el único factor que determina el riesgode toxicidad. En concreto, muestra cómo dependiendodel tamaño de las nanopartículas se registra un impactodistinto en la mortalidad de ciertas especies marinas,en su reproducción y en la posible aparición de tras-tornos en su descendencia, siendo mayores los efectosdeletéreos (mayor mortalidad y problemas reproducti-vos) cuando más pequeñas son las partículas de carbónnegro. “La exposición, pero también el tamaño, son losdos conceptos cruciales para estimar la toxicidad de lasnanopartículas”, subrayó la experta de la UniversidadNapier de Edimburgo.En cualquier caso, como aclaró, “no todas las nano-partículas son igual de tóxicas”. Para aclarar este puntose refirió al estudio de Gaiser et al., en el que se compa-raron los efectos de distintos tipos de nanopartículas envarias especies animales y en células humanas, certifi-cando que la toxicidad de estas partículas en la Dapniamagna depende tanto del tipo de material (mayor toxi-cidad de la plata –Ag– que del óxido de cerio –CeO2–,por ejemplo), del tamaño (las nanopartículas de platason más tóxicas que las de tamaño micro) y del estadode agregación (las dispersas más tóxicas que las aglo-meradas).Para Fernandes, en estos momentos no hay dudassobre la existencia de un amplio rango de característicaspsicoquímicas que influyen en la toxicidad de las nano-partículas. En cuanto a sus efectos sistémicos, destacóque se sabe que el tamaño y la superficie química delas nanopartículas impactan decididamente en su cap-tación celular, que los macrófagos no pueden eliminaraquellos componentes que tienen un tamaño excesiva-mente pequeño y que el estrés oxidativo y la inflama-“Necesitamos más tiempo y, sobretodo,nuevas técnicas de evaluaciónpara poder llevar a cabo un análisisexhaustivo de la toxicidad de estosnanomateriales.”
  30. 30. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAción que inducen estas partículas guarda también unaestrecha relación con su tamaño; por otro lado, se hacomprobado que la forma lisa y la mayor longitud de lasfibras facilita la aparición de patogenicidad. “Tambiénse asume ya que no todos los nanomateriales son igualde tóxicos, aunque es frecuente que la toxicidad de unmodelo o especie pueda replicarse en otro”, apuntó.Como conclusión a su intervención, Fernandes re-sumió que “aunque aún no entendemos suficientementelos peligros que pueden depararnos las nanopartículasen la salud humana y es deficitario el número de estu-dios disponibles en este ámbito, ya disponemos de al-gunas informaciones relevantes que nos pueden ayudara tomar decisiones prácticas. Necesitamos más tiempoy, sobre todo, nuevas técnicas de evaluación para poderllevar a cabo un análisis exhaustivo de la toxicidad deestos nanomateriales”.Para avanzar satisfactoriamente en este campo, losexpertos en seguridad de nanomateriales exigen unaestrecha y mayor colaboración de los productores yusuarios. “Precisamos conocer qué partículas se estánutilizando y en qué productos, qué propiedades se co-nocen de estas nanopartículas (tamaño, composición…)o cuáles son las rutas de exposición más habituales(inhalación, ingestión, por vía dérmica…)”, requirióla conferenciante. A su juicio, “toda esta informacióndisponible puede permitir un asesoramiento adecuadosobre el control de la exposición y el riesgo, el diseñode abordajes experimentales para evaluar la exposicióny los peligrosos asociados. Se pueden generar modelospredictivos que ayuden a estimar el riesgo de un deter-minado material, y se pueden escoger los tipos celulares,las especies, los objetivos y las dosis de partículas másadecuadas para cada caso”.El camino que se debe seguir en los próximos años,según Fernandes, debe tener unas premisas claras:“priorizar las categorías/grupos de nanomateriales, uti-lizar los materiales de referencia, acordar metodologíasestándar para analizar la exposición, establecer la rela-ción entre causa-efecto de los distintos nanomateriales,evaluar el destino medioambiental de estos productosy su transferencia a través del sistema ambiental, ana-lizar el ciclo de la vida de estas partículas y, sobre todo,centrarnos en el estudio de la exposición. Todo ello per-mitirá conocer con mayor precisión qué nanopartículaspueden utilizarse en aplicaciones prácticas de forma se-gura”, concluyó Fernandes. 
  31. 31. 37RevoluciónnanotecnológicadebateModerador:Peter RodgersMesa redonda:Mauro Ferrari, Andreas Berger, Eugenio Coronado yTeresa Fernandes
  32. 32. 39Pregunta: Mencionó en su presenta-ción que la aceptación de la nano-tecnología en la sociedad dependíao se veía influida por las creenciasreligiosas o el sexo del entrevistado,¿en qué sentido?Peter Rodgers: Distintos estudioshan puesto de manifiesto que hom-bres y mujeres aceptan de forma di-ferente la nanotecnología. Tambiénlas creencias religiosas y políticasson un factor que influye en la opi-nión que se tiene sobre esta cien-cia. En concreto, se ha comproba-do en diferentes encuestas socialesque en los países más religiosos lananotecnología es peor aceptadaque en aquellos más laicos o en losque es más frecuente el ateísmo; enestas encuestas, los países que do-cumentan una mayor religiosidadson, por orden, Estados Unidos, Ir-landa, Italia o España, mientras queentre los menos religiosos se sitúanAlemania, Dinamarca o Francia.Pregunta: En cuanto a las aplicacio-nes que pueden tener las nanopar-tículas en la generación de célulasde combustible, ¿cuáles cree que sonlas principales limitaciones en esteámbito? ¿Dependen fundamental-mente de los problemas que planteael procesamiento de hidrógeno?Eugenio Coronado: Las células decombustible son, sin duda, una delas principales aplicaciones de losnanomateriales. El problema radica,fundamentalmente, en la especifi-cidad de la conexión del hidrógenocon el material; desde este puntode vista, no es necesario utilizar unmaterial poroso, sino que tambiénpodemos disponer de otro materialmás compacto. Uno de los retos quesubsisten es encontrar un materialcapaz de almacenar hidrógeno. Ennuestro centro estamos proban-do distintos tipos de materiales e,incluso, hemos podido demostrarque hay algunos capaces de atraerel hidrógeno, por lo que es posibleaumentar significativamente la efi-ciencia del almacenamiento; otros,en cambio, están investigando lasposibilidades que ofrecen algunosmateriales porosos en estos casos.Pregunta: No se ha hablado en esteforo sobre las nanomáquinas. ¿Quécabe esperar en este campo en espe-cial en sus aplicaciones médicas?Mauro Ferrari: En medicina es fun-damental profundizar en el estudiode los posibles usos de las nanohe-rramientas en la investigación delaboratorio, pero en estos momen-tos no hay unas aplicaciones realesni tampoco se espera que las hayaen las próximas décadas.Pregunta: ¿Cuál es el papel de la teoríadelasimulaciónensusexperimentos?Mauro Ferrari: En mi caso, es fun-damental. No sólo se trata de unateoría esencial, sino que es necesa-DebateLos doctores Berger, Ferrari y Coronado durante el debate.
  33. 33. REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICAria para avanzar en nuestros tra-bajos. Recientemente publiqué uneditorial en el que debatía sobre latrascendencia de las matemáticasen la nanotecnología. Con tantosparámetros que se manejan y quehay que evaluar, es imprescindiblecontar con el respaldo de las ma-temáticas. Esta teoría nos ayudaa escoger un camino, puesto quemanejamos muchas opciones y nopodemos permitirnos el lujo de ha-cer millones de experimentos paraencontrar un resultado; tenemosla obligación de escoger las me-jores alternativas posibles, y paraello es importantísimo contar conla ayuda de las matemáticas y dela teoría de la simulación. Muchasde las estructuras que se están utili-zando actualmente se han probadoen modelos teóricos, y sólo cuandofuncionan las ideas es cuando em-pezamos a avanzar en la produc-ción de los materiales.Pregunta: ¿Qué opina sobre la utili-zación de nanotubos en medicina?Mauro Ferrari: Es altamente im-probable el uso de nanotubos enmedicina, por lo que resulta ab-surdo alarmar a la población infor-mando sobre los posibles efectosnegativos que se pueden derivar delempleo de estos recursos en me-dicina. Por el contrario, sí que veofactible el manejo de nanotubosen aplicaciones industriales y es enesos casos en los que sí resulta ló-gico preocuparnos sobre el impactoque pueden tener sobre el ambientey en las personas.Teresa Fernandes: Algunos de estosmateriales, como los nanotubos, seestán utilizando ya a nivel indus-trial. Aunque inyectar en un ratónnanotubos no parece representaruna exposición real en un contex-to médico, si alcanzan el torrentesanguíneo pueden suponer un pro-blema. Además, también consideroimportante insistir en estudiar losefectos mecanísticos. Creo que estásuficientemente justificado el estu-dio de la seguridad y de los posiblesefectos adversos de los nanotubosen medicina.Pregunta: ¿Cuál es el papel actual yfuturo de la nanometrología parapoder obtener resultados repetibles yfacilitar la estandarización?Teresa Fernandes: La nanometrolo-gía es la ciencia de las medicionesrealizadas en la escala de 10-9unida-des de medición. Tradicionalmenteesta disciplina se ha visto y se ha en-focado como tecnología de manu-factura de precisión; sin embargo,actualmente su papel ha cambiadoa un rol clave en el desarrollo detecnologías emergentes aplicadas ala medicina, la electrónica, la ener-gía o la investigación espacial. Éstees un campo que ha avanzado muyrápidamente en los últimos años,progresando sobremanera en losprocesos de estandarización.Andreas Berger: Sin metrología,no habría nanotecnología. En elcaso concreto de la nanotecnologíaaplicada a la información, está claroque muchos de los productos uti-lizados en este campo no podríanhaberse desarrollado con éxito sinla participación de la nanometrolo-gía. Cuanto más tarde detectamosla presencia de algún defecto, máscaro será el producto final; por esointentamos utilizar la escala máspequeña para estudiar y tratar decomprobar en esas dimensiones silas cosas funcionan como creemosque lo deben hacer.Pregunta: ¿Está abriendo la nanotec-nología algún camino para el estudiodel almacenamiento de electricidad?Eugenio Coronado: Sí, se está tra-bajando profusamente en el descu-brimiento de nuevos dispositivosde almacenamiento de electricidad,El editor de Nature Nanotechnology, PeterRodgers, moderador del debate.
  34. 34. 41Debateespecialmente en lo que respecta aldiseño y creación de nuevas bate-rías. Si somos capaces de controlarla producción a nanoescala de nues-tro material, tendríamos muchoavanzado. En nuestro centro con-sideramos que la nanotecnologíapodría ayudar a crear baterías en lasque todos los componentes fueranelectroactivos, multiplicándose lasposibilidades de almacenamientode energía. También estamos traba-jando en la creación de supercapa-citadores. Pero, además, la nanotec-nología también nos puede ayudara optimizar el ahorro energético endistintas aplicaciones.Pregunta:¿Es posible que los sistemasde ingeniería genética puedan uti-lizarse como una especie de fábricapara los nanomateriales?Eugenio Coronado: Los sistemasbiológicos han producido tradi-cionalmente productos útiles paralos hombres, como el diésel. Perola naturaleza también es capaz deproducir nanoimanes e, incluso,en nuestro cuerpo disponemos deimanes que nos permiten controlarmuchos procesos. Los nanomate-riales que proceden de la naturalezatienen destacados beneficios, sobretodo si se tiene en cuenta que lapropia naturaleza es capaz de pro-ducir nanomateriales con una for-ma y/o complejidad imposible deigualar o imitar de forma artificiala través de la química. Si se utilizansustancias naturales o animales queproducen nanomateriales, estare-mos obteniendo grandes ventajas,pudiendo disponer de nanopartí-culas con formas más útiles.Pregunta: ¿En sus centros de traba-jo tienen implantado algún sistemapreventivo para evitar posibles ries-gos potenciales derivados de la ma-nipulación de estos nanomateriales?Mauro Ferrari: Sí, por supuesto.Éste es un aspecto muy impor-tante y hay que pensar en ello. Enaplicaciones médicas no cabe dudaque trabajamos en un entorno muycontrolado y que se siguen unoscontroles estrictos desde el iniciohasta el final del proceso de inves-tigación. Apostamos por la im-plantación de medidas de trabajopreventivas para garantizar la segu-ridad de las personas que trabajanen el desarrollo de nanotecnologíaaplicada a la medicina. Estas me-didas son similares a las que ya es-tán implementadas en laboratoriosbiológicos o farmacéuticos, o porejemplo, en la elaboración de mi-crochips.Teresa Fernandes: Los países ten-drán que implantar y generalizartodos estos sistemas de proteccióny prevención, sobre todo en indus-trias tales como la farmacéutica. EnReino Unido se han implantado,por ejemplo, medidas y normas so-bre cómo utilizar las nanopartícu-las en un laboratorio de experimen-tación, minimizando la exposiciónde los trabajadores y garantizandola seguridad en el proceso de eli-minación de desechos. Toda nuevasituación requiere nuevas medidaspreventivas, de control y de segu-ridad, que nos garanticen disfrutarde las ventajas del progreso, mini-mizando su posible impacto negati-vo o riesgo. Teresa Fernandes, Andreas Berger y Mauro Ferrari en un momento del debate.
  35. 35. 43NanotechnologyrevolutionpresentationFederico Mayor ZaragozaChairman of the Scientific Council ofthe Fundación RamónArecesRaimundo Pérez-Hernández y TorraDirector of the Fundación RamónArecesLucía Ferreirós SampedroManaging Director ofNature Publishing Group Iberoamérica
  36. 36. 45PresentationThe collaboration of the Fundación Ramón Areces with Nature PublishingGroup Iberoamérica is undoubtedly a great idea. This is the second confe-rence we have held jointly, and mention should be made of the success ofthe first conference-debate on “Genetic tests in the era of personal genomes”. This iswhy we wish to pursue this fruitful association.Nanotechnology is fundamentally defined by a concept of measure, the nanome-tre, a unit of length representing a billionth part of a metre. Therefore, this term refersto extraordinarily small things (five atoms constitute a nanometre), which takes usto a different level; a few decades ago, one used to talk about- molecular dimensions,but the size was reduced even further, to the atomic level, and this heralded a relevantbreakthrough.The history of the development of nanotechnology in recent decades is fascina-ting. In 1959, the great physicist and Nobel laureate Richard Feynman proposed, forthe first time, the manufacture of products on the basis of a reordering of atoms andmolecules that could confer properties of greater hardness, strength and conducti-vity on the new materials; this is how nanoscience and nanotechnology were born.However, it was not until a major breakthrough in physical introspection, made inthe eighties through the widespread use of scanning tunnel microscopy in a confinedspace, that it became possible to observe materials at atomic scale and to manipulatetheir atoms. As of that moment, active work began on the study and application ofthese new technologies.One decade ago, the definitive step was taken, and there are now thousands ofproducts generated by nanotechnology currently in use or undergoing developmentfor use in fields as widely different as medicine, agriculture, the aerospace industryand telecommunications. We now have molecular-level and new material nanotech-nologies with particular applications in space and the diagnosis of diseases. The im-pact of nanotechnology on human life still seems like a science fiction story to manypeople; drugs that work at the atomic level, microchips that diagnose diseases, thegeneration of inexhaustible energy sources and plague extermination are but a few ofthe areas in which nanotechnology offers revolutionary potential.One of the most fascinating contributions of nanotechnology is the possibilityof offering personalised diagnoses, thus permitting major advances in the ability to
  37. 37. NANOTECHNOLOGY REVOLUTIONmonitor patients by means of tiny microchips. Highly advanced technologies such as po-sitron emission tomography and magnetic resonance have been joined by these innova-tive resources, which will help to improve the physical examination of the human being.Assuming that “there are no diseases, only patients”, it is important that we have technicalresources that allow us to act in accordance with this philosophy. From the treatmentstandpoint, nanotechnology is also driving major advances, permitting more personali-sed therapeutic approaches that are adapted to the characteristics of individual patients.Similarly, nanotechnology is spearheading major progress in information techno-logy. Particularly, because we are no longer limited to a given geographic or territorialspace, space constraints have been eliminated. This contrasts with the previously exis-ting situation in which our thought and ability to contact others covered only a givenspace. The new information technologies have opened up new frontiers, particularly inthe sphere of communication and the ability of people to interact with one another. Theconsequences may be particularly relevant from the standpoint of non-attendance-basedparticipation at different types of events. Hitherto, to take part in any activity, citizenshad to be present, which entailed major limitations; from now on, or within approxi-mately a decade, non-attendance-based participation will be facilitated enormously byinnovations in nanotechnology. This will modify the important concept of citizens’ par-ticipation and therefore the very foundations of democracy.For all these reasons, attention should be drawn once again to the excellent decisiontaken by Nature Publishing Group Iberoamérica in choosing nanotechnology as a dis-cussion topic. Moreover, this publishing group is an example of pioneering scientificdissemination, because it even features a specific publication on nanotechnology (NatureNanotechnology).As with many other scientific breakthroughs, the know-how associated with nano-technology arrived before the identification of its possible practical applications. In anycase, it should be remembered that the most important goal of science is that it contri-bute to avoiding or palliating human suffering. In this regard, nanotechnology is oneof the sciences that will allow us to offer greater quality of life, which is the scientificcommunity’s ultimate goal. Federico Mayor ZaragozaChairman of the Scientific Council of the Fundación RamónAreces

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