La nanotecnología, o manipulación de la materia a escala nanométrica, es un campo tan grande como la ciencia misma, y para discutir y compartir los avances más emocionantes en el campo científicos expertos en la materia de todo el mundo se reúnen en el Nanotech 2018, un congreso de cinco días realizado en Puerto Vallarta, en la costa del Pacífico de México. El congreso es organizado por la Universidad de Guadalajara.
El encuentro tiene entre el panel de expertos a Dr. Robert Whetten, profesor e investigador de Física Química en la Universidad de Texas, San Antonio (UTSA), quien se especializa en el campo de la metalurgia molecular, en particular en la investigación de nanopartículas de oro, plata, cobre y otros metales.
Su misión en el congreso es explicar a la nueva generación de investigadores –estudiantes y científicos e ingenieros post doctorandos– las oportunidades de avanzar en sus carreras convirtiéndose “en pioneros de los Nuevos Métodos de la Metalurgia Molecular”, en lo que refiere no son más que métodos adaptados desde la biología molecular. A continuación, una transcripción amigable del interrogatorio al que el Dr. Whetten fue sometido por este humilde servidor para comprender la importancia y más emocionantes alcances de su trabajo, que si bien guarda un perfil bajo a nivel mediático, es un campo con potencial para llevar a avances revolucionarios desde la medicina hasta la electrónica (superconductividad).
Robert Whetten es de Arizona, Estados Unidos. Estudió matemáticas y química en el Weber State College de Utah, culminó su maestría y doctorado en Física Química en la Universidad Cornell, en Nueva York, trabajó en el Exxon Corporate Research-Science Labs en Nueva Jersey, fue profesor en la Universidad de California en Los Ángeles, profesor en el Instituto de Tecnología de Georgia, Atlanta, y actualmente dicta cátedra en la Universidad de Texas San Antonio, EEUU.
La metalurgia y la nanotecnología, un encuentro más antiguo que lo sospechado
N+1: Cuéntenos, profesor Whetten, ¿por qué los científicos están fascinados con las partículas de oro, plata y cobre a escala nanométrica?
Para hacernos una idea, estas nanopartículas tienen las mismas dimensiones que las proteínas protagonistas del premio Nobel a la evolución dirigida de la profesora Frances Arnold. Ahora, esto un tema muy antiguo que se remonta a los antiguos griegos y chinos. Desde tiempos antiguos, las civilizaciones de todo el mundo estuvieron interesadas en las propiedades de estos metales. No solo por su valor monetario, sino también por que creían que tenían propiedades medicinales. No solo por su valor estético, sino también por que estos proveían pistas originales o indicadores de que la metalurgia podría ser desarrollada como una tecnología, o un arte científico.
N+1: Si hablamos de materiales conocidos por mucho tiempo…¿qué busca hoy la ciencia conocer de ellos?
Cuando hablamos de la arqueología antigua, de la edad de oro, plata o edad de cobre, de bronce, hierro, acero, el estudio y trabajo en estos materiales por alguna razón fue descuidado, especialmente luego del colapso del Imperio Romano, o del debilitamiento del Imperio Chino. El mundo entró a algo que conocemos como la Edad Oscura. Luego de ese tiempo, llegó a hacerse un tabú la exploración de las propiedades y la química de los metales preciosos. Era prohibido por su asociación a la falsificación y la alquimia. En su tiempo, Newton estudió las propiedades de los metales preciosos y el oro, aunque nunca publicó investigaciones o artículos al respecto –lo hizo en sus cuadernos privados– e impidió que otros lo hagan, debido a que en Inglaterra, en aquel entonces, era un pecado capital explorar la química de estos elementos. En consecuencia, considero este campo permanece en el secretismo.
N+1: ¿Hubo avances antes de que la academia se dedicara abiertamente a estudiar el oro y otros metales preciosos a escala nanométrica?
En el siglo XIX, los alemanes desarrollaron arte bastante finos para decorar porcelana con metal, para hacer vidrios coloridos como los que ves en las catedrales de Europa y otros, basados en artes secretos en cómo usar oro o plata para obtener todas las escalas de colores del arcoíris. De esto, se puede decir que es nanotecnología. Pero no ha sido publicado abiertamente. Como se sabe, hay un debate sobre si la ciencia debe ser publicada abiertamente o mantenerla de forma reservada y conservar la patente. En los 60, increíblemente, los libros de química general dijeron que el oro y la plata no tienen química, o que la plata no la tiene. Se podía decir eso con confianza por que no era público. Hoy, 60 años después, sabemos que sí tienen una química muy rica.
N+1: ¿Qué me dice de las culturas mesoamericanas, que dominaron la metalurgia en metales preciosos antes de la influencia euroasiática?
De hecho hubo dos momentos arqueológicos a destacar. El primero, en la era grecorromana, con el bronce corintio, llamado así por desarrollarse en Corinto, la isla griega. El segundo, paralelo, en Mesoamérica: en el sur, hacia los Andes, algo a lo que los conquistadores llamaron tumbaga, una aleación de oro y cobre que fabricaban los orfebres indígenas. Esto era artefactos que tenían la apariencia de oro puro de 24 quilates, pero era hecho en un 85% de cobre. Es un ejemplo de arte tecnológico que se desarrolló a nivel altísimo extremadamente valioso para las poblaciones americanas antiguas, y que se perdió completamente. Nunca se recuperó de forma completa. Enfatizo en este contexto histórico para mostrarte cómo, en tiempos modernos donde usamos telescopios, microscopios, láseres o espectrómetros aun no sabemos lo que pasó hace siglos, habiendo perdido y descuidado conocimiento que apenas se transmitió en tabú y que necesitan ser explorados. Esta es la razón por la que escogimos esta área.
Simetría insólita y el conocimiento de la ‘evolución dirigida’ aplicada a la nano-metalurgia
N+1: Profesor Whetten, ¿cuáles son los avances más emocionantes en el campo hoy mismo?
En primer lugar, actualmente estamos emocionados por una molécula de oro que tiene una forma muy especial, con una simetría especial, ¡un grupo de átomos de oro parecidos a de viruses! Una característica de simetría nunca antes vista en el mundo de las moléculas, pero reconocida en el mundo de los viruses. En específico, hemos descubierto que la estructura de los cristalitos de oro a escala nanométrica (nanocristales) se parecen a la de los virus, un hallazgo nunca visto anteriormente en el mundo de las moléculas o de la metalurgia.
De acuerdo a Whetten, “la estructura combina características de simetría icosaédrica (para referencia, ver la cúpula de Buckminster Fuller) y de quiralidad (la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen especular, ej. las manos, un patrón para todas las biomoléculas importantes).
a. Gravitación de Escher, mostrando simetría icosaédrica. b. Manos dibujando de Escher representan las manos no superponibles o formas enantioméricas c. una pelota de fútbol sudasiática tradicional combina estos tres elementos, es entrada entre dos modelos enantioméricos.
En segundo lugar, tenemos el gran hallazgo de que los métodos de la biología molecular experimental moderna (específicamente en enzimología y genética molecular desarrollados con grandes inversiones y costes) pueden aplicarse muy bien a la nanociencia de precisión, en particular adaptarse al campo de la metalurgia molecular (o “nano-química”) para acelerar de gran forma la investigación y descubrimientos en el campo. Podríamos hablar y describir estos métodos y explicar elevada la aceleración (por 100) que llegarían a alcanzar.
N+1: ¿Cuál será la aplicación en el futuro, si es que se puede hablar de ello, de estos avances en la vida diaria?
La conjunción de metalurgia molecular con biología molecular (en instrumentos y perspectivas) puede llevar a avances revolucionarios desde la medicina hasta la electrónica (superconductividad).
N+1: ¿Cuál será el tema que presentará en el Congreso Nanotech?
Hablaré de lo anterior: explicar a los jóvenes investigadores las oportunidades de avanzar en sus carreras convirtiéndose en “pioneros” de los nuevos métodos de la metalurgia molecular, métodos adaptados de la biología molecular.
La nanotecnología en la sociedad
N+1: ¿Cuál es el principal cambio sociológico que le llevó a investigador su materia?
La materia ha sido descuidada a través de muchos campos (incluyendo cultura, historia y arqueología). Estamos motivados por este descuido del rol de la metalurgia de precisión a nanoescalas, o de “precisión molecular”.
N+1: ¿Cómo la universidad colabora con empresas privadas en el desarrollo de soluciones I+D?
De forma variada: incubadoras para compañías de startups, colaboraciones formales y pasantías de estudiantes.
N+1: ¿Qué estrategias de evangelización o divulgación se emplea en su campo para promover en la sociedad el conocimiento científico y tecnológico de su investigación?
Insuficiente, deberíamos hacer mucho más. Principalmente publicamos nuestros trabajos y los promovemos en conferencias de alto nivel (por ejemplo, una realizada recientemente en San Diego, EEUU y otra en Hangzhou, China o clases magistrales en diversos países alrededor del mundo.
N+1: ¿Qué expectativas puede tener un joven de estudiar nanotecnología? ¿Qué conocimiento para enfrentar el mundo laboral obtendrá?
Un estudiante entrenado en “nanotecnología” tiene una ventaja sobre su competencia: “interdisciplinariedad”, que significa: experiencia y habilidad en varias disciplinas distintas; capacidad para comunicarse de manera efectiva con los investigadores en todos esos campos, apreciar sus perspectivas y las herramientas y capacidades que ofrecen.
N+1: Complete la frase: el futuro es…
¡Extremadamente brillante! Las oportunidades están en donde se buscan. Recibe críticamente cualquier reporte pesimista, los mejores descubrimientos están por venir.
Esta entrevista ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.
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