¿Sabe usted en qué productos actualmente encontramos esos diminutos materiales que se conocen como nanomateriales? En breve, le contestaremos esa pregunta. Primero, nos centraremos en tratar de “dimensionar” el tamaño de un nanomaterial. Supongamos que usted mide de alto 1.80 metros. Es decir, 180 centímetros o 1800 milímetros. Ahora imagine que tiene usted una manzana en su mano. Una manzana entera de unos 8 centímetros, u ochenta milímetros. Ahora suponga que, por mala suerte, su manzana tiene un gusano de medio centímetro (.5 cm), 5 milímetros (5 mm) o 5,000 micras (5,000 m). Como ve, todas estas unidades son equivalentes. Pero si deseáramos alcanzar su estatura que es de 1800 mm, empleando manzanas, deberemos colocar 22.5 manzanas una sobre la otra. Si hacemos el mismo ejercicio con gusanitos, deberemos apilar 360 de ellos. Ahora fijémonos en su cabello. Un solo cabello suyo tiene un espesor promedio de 0.075 mm. Entonces, deberemos apilar cerca de 24,000 de sus cabellos para igualar su estatura. ¿Hay unidades más pequeñas de medición de longitud que las arriba mencionadas? La respuesta es sí, varias más. Una de ellas es la conocida como nanómetro (nm), que equivalentemente en metros es 1 nm = 0.000000001 m = 1 X 10-9 m. Es decir, necesitaríamos 1,000,000,000 de esos nanómetros para formar un solo metro, y necesitaríamos 75,000 de esos nanómetros para lograr el espesor de uno de sus cabellos. Como verá, entonces, hablar de la región nanométrica es hablar de tamaños muy pequeños.
Ahora podríamos preguntarnos, ¿qué es “nanotecnología”? Sus orígenes datan de finales de la década de los años 1950, cuando durante una ponencia el Profesor Richard Feynman, ante la “American Physical Society” (diciembre, 1959), habló sobre la posibilidad de la manipulación directa, a nivel atómico, de la materia. Entonces, la nanotecnología podría definirse como el control y reestructuración de la materia a nivel atómico y molecular entre 1 y 100 nm, cuyo objetivo es crear materiales, dispositivos y sistemas con nuevas propiedades y funciones derivadas de su tamaño. Es interesante el estudio de esta área de la ciencia, porque las propiedades físicas y químicas de los materiales serán diferentes en la nanoescala comparadas con aquellas en la macroescala, que es donde usted y nosotros vivimos. Cualquier nanomaterial debe contener al menos una de sus dimensiones en la región nano. Así es que, podemos encontrar nanoestructuras cero dimensionales (0-D) si su tamaño es menor a 10 nm, como los llamados puntos cuánticos —los cuales están formados entre 1,000 y 10,000 átomos—; unidimensionales (1-D) si una de sus dimensiones es menor a 100 nm, como las nanofibras o las nanovarillas; bidimensionales (2-D) si dos de sus dimensiones son menores a 100 nm, como los fulerenos o nanopelículas; y tridimensionales (3-D) si están compuestas de cualesquiera de las anteriores, pero ya forman una microestructura en conjunto. Existen al menos 54 diferentes materiales que se emplean para su fabricación, entre ellos destacan el carbono, oro, biopolímeros y sus compuestos, por citar unos pocos.
La nanotecnología es un área de estudio multidisciplinaria, dado que es el resultado de la cooperación de diversos campos, como la física, química, biotecnología, medicina, ciencia de materiales e ingeniería, entre otras. Si realiza una búsqueda en bases de datos de revistas científicas como Web of Knowledge, encontrará alrededor de 2,050,000 artículos, capítulos de libros y tesis relacionadas con la palabra “nanotecnología”. Si ahora realiza el mismo ejercicio, pero con una base de datos de patentes, verá que se reportan poco más de 230,000 concedidas. De acuerdo con la base de datos Orbit, solo en 2021 se registraron un total de 23,750 en la oficina de patentes de los Estados Unidos de América (USPTO), mientras que en 2020 se registraron 14,044. En ese año, en los primeros cinco lugares de la lista de patentes concedidas en aplicaciones nanotecnológicas, se encuentran Estados Unidos de América con 6,388; China con 1,599; Corea del Sur con 1,364; Japón con 979 y Taiwán con 784. De acuerdo a la iniciativa StatNano, en el mundo existen al menos 4,450 empresas que desarrollan y comercializan unos 10,200 productos nanotecnológicos en industrias como la textil (con 547), construcción (543), médica (521), cosmética (287), medio ambiental (269), automotriz (265), de energías renovables (229), alimentos (163), electrónica (137), petrolera (135), agrícola (76), deportiva (54), de aparatos domésticos (153) y otras (474). Los cinco principales países donde se localizan son Estados Unidos de América (1200), Alemania (360), China (330), Irán (305) y Reino Unido (264). La consultora Allied Market Research indica que, en 2020, el mercado global de aplicaciones nanotecnológicas fue de 1,700 millones de dólares, con una tasa de crecimiento anual compuesta proyectada a 2030 de 36.4 por ciento. Es decir, se proyecta que el mercado crezca a 33,600 millones de dólares.
Los principales productos nanotecnológicos en medicina corresponden a pastas, adhesivos, enjuagues bucales y material de restauración con uso en odontología; desinfectantes, mascarillas, vendas, gasas, tejidos bicompatibles, anticuerpos, hidrogeles, suturas, fármacos diversos, así como implantes y prótesis de corto y largo plazo. En el área cosmética hay una diversidad de productos, desde recubrimientos para aparatos de cuidado personal como alaciadoras de cabello, depiladoras o rasuradoras, cremas faciales, corporales y bronceadoras, esmaltes de uñas, protectores solares, sueros y máscaras faciales. En la industria alimenticia se han desarrollado sensores de vida de anaquel, comidas, café y dulces adicionados con minerales y vitaminas nanoestructurados, así como empaques que alargan la vida de productos frescos. Otra industria que se ha visto altamente beneficiada con la obtención de nuevas propiedades físicas es la electrónica, donde se han desarrollado componentes nanotecnológicos (materiales y dispositivos) máquinas de procesamiento de datos, accesorios eléctricos, circuitos integrados, láser, diodos emisores de luz (LED), memorias, procesadores, reflectores, sensores, controladores, entre otros. En resumen, la promesa del uso de nanomateriales para aplicaciones muy diversas, suena y se ve prometedora. Sin embargo, se deberá ser responsable y vigilar la regulación no solo en la producción sino en el reuso, almacenamiento y disposición de los desechos de base nanotecnológica.
