La naturaleza adelantó la tecnología: Bionanofabricación en acción en la biología

La naturaleza adelantó la tecnología: Bionanofabricación en acción en la biología

En un sorprendente giro de eventos, la naturaleza ha demostrado ser una verdadera pionera en el campo de la bionanofabricación, adelantándose a la tecnología humana en la creación de estructuras y materiales a nanoescala. La biología, en su búsqueda constante de innovación y perfeccionamiento, ha desarrollado mecanismos que permiten la creación de complejas estructuras a nivel molecular, revolucionando el campo de la nanotecnología. En este artículo, exploraremos cómo la naturaleza ha logrado superar los límites de la tecnología y qué implicaciones tiene esto para el futuro de la bionanofabricación.

La naturaleza adelantó la tecnología: Descubrimiento de nanomateriales en la biología

El grafeno, un mineral seguro y antiaging para todo tipo de pieles, según ensayos de seguridad

En 1886, el químico británico A.J. Brown descubrió que no solo las plantas producen celulosa: ciertas bacterias también son capaces de generar este compuesto que cuenta con múltiples aplicaciones, como la fabricación de papel. Con ojos de hoy, podemos decir que aquel descubrimiento no solo reveló una nueva fuente para la obtención de celulosa, sino que anticipó el hito de que los seres vivos pueden fabricar nanomateriales.

La celulosa bacteriana, un ejemplo de nanomaterial

La celulosa bacteriana posee fibras nanométricas: es decir, al menos una de sus dimensiones ocupa entre 1 y 100 nanómetros. Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro, lo que significa que la diferencia de escala entre el grosor de una de estas fibras y una célula es la misma que la de una célula y una pelota de tenis.

La revolución de los nanomateriales

En las últimas décadas, los nanomateriales han adquirido un gran interés en la investigación científica porque su tamaño ofrece nuevas propiedades y mejoras en comparación con materiales de la misma composición, pero de escala mayor. La nanocelulosa, por ejemplo, combina las propiedades inherentes de la celulosa, como su resistencia o su biocompatibilidad, con características únicas que surgen de sus dimensiones a nanoescala, como una mayor porosidad y capacidad de retención de agua. Esto hace que se utilice en el tratamiento de quemaduras o como soporte de catalizadores.

Seguramente el nanomaterial más conocido es el grafeno, una lámina casi transparente de solo un átomo de carbono de espesor que es unas 200 veces más resistente que el acero y que ofrece propiedades eléctricas y mecánicas sin precedentes. Su descubrimiento, por el que Andre Geim y Konstantin Novoselov recibieron el Nobel de Física en 2010, dio pie a una auténtica revolución en la investigación sobre nanomateriales.

El tamaño importa

Los puntos cuánticos, pequeñas partículas con una gran fluorescencia que se utilizan en LEDs y en televisores de alta calidad y bajo consumo, son otro ejemplo de nanomaterial con múltiples aplicaciones.

Las mejoras o nuevas funcionalidades de los nanomateriales se deben principalmente a dos razones: el aumento del área superficial y los efectos cuánticos.

A medida que reducimos el tamaño de un material, el área superficial aumenta exponencialmente, lo que incrementa los átomos expuestos y afecta a la interacción del material con otras sustancias y a sus propiedades mecánicas. Una forma de visualizar esta propiedad es pensar que la misma cantidad de azúcar tarda más en disolverse si la añadimos al café en forma de terrón que si lo hacemos en granos sueltos. Si fuésemos capaces de dividir esa cantidad en fragmentos nanométricos, el área superficial del azúcar expuesto al café sería equivalente a un campo de fútbol y la disolución sería aun más rápida.

Aprovechar las herramientas de la naturaleza

Un ser vivo produce un nanomaterial mediante el proceso de bionanofabricación. Además de las bacterias productoras de celulosa, un ejemplo fascinante son las bacterias magnetotácticas, que generan imanes nanométricos en su interior para orientarse.

Estos organismos que viven en lodo transforman iones de hierro en nanopartículas de magnetita de manera controlada, en condiciones mucho más suaves que las necesarias en un laboratorio. Cuando se descubrieron en la década de 1970 no se pensó que pudieran tener utilidad, pero en la actualidad se está estudiando su uso en tratamientos contra el cáncer basados en hipertermia magnética.

La bionanofabricación también puede surgir de forma forzada al exponer seres vivos a distintas sustancias químicas. Por ejemplo, si ponemos en contacto iones metálicos con ciertas bacterias, hongos o plantas, estos organismos oxidarán los iones para defenderse y darán lugar a nanopartículas metálicas con aplicaciones en el tratamiento de enfermedades, la fabricación de dispositivos electrónicos y recubrimientos antibacterianos.

Otro tipo de bionanofabricación es el uso de nanomateriales para mejorar lo que la naturaleza ya prepara. Esto se ha probado en el caso de la seda: según los nanomateriales que añadamos a la dieta de los gusanos que la producen, podremos obtener una seda más resistente, conductora o incluso fluorescente.

Al aprovechar las herramientas de la naturaleza, la bionanofabricación permite controlar mejor las dimensiones de los nanomateriales y reducir los costos, el impacto medioambiental y los riesgos en su fabricación. Y también nos demuestra que la naturaleza ya lo había hecho antes.

Víctor Calvo Peña es investigador en el Instituto de Carboquímica del CSIC.