Los Premios Nobel 2023 celebran la irrupción de la nanotecnología en nuestras vidas

El nanómetro (0,000000001 metros) es una medida especial, es la frontera entre el mundo cuántico de los átomos y el mundo que los físicos llamamos “clásico”, el mundo de nuestra experiencia dónde el tiempo solo va hacia delante, donde las acciones tienen consecuencias. Fue en este espacio especial donde surgió la vida en la Tierra; las proteínas y las biomoléculas que nos forman se miden en nanómetros. Este hecho nos da la clave de su importancia, en la función de las proteínas y biomoléculas se entrelazan la física (energía, movimiento, información, procesos cuánticos), reacciones químicas y funciones biológicas. La nanoescala es la escala donde todo está relacionado, donde empieza la complejidad que caracteriza nuestras vidas.

En 1959, Richard Feynman, en una conferencia inspirada e improvisada, se dio cuenta de la gran ventana de conocimiento que se abriría al llegar a entender esa complejidad nanométrica, e imaginó las posibilidades tecnológicas que esto facilitaría. Imaginó microscopios, máquinas capaces de manipular átomos y moléculas e incluso de crear nanomáquinas a esa escala. La intuición de Feynman se empieza a hacer realidad en los años 80 del pasado siglo, cuando todas las ciencias parecían converger en esa escala, los químicos empezaron a sintetizar nanopartículas, los físicos crearon los primeros microscopios que podían ver y manipular átomos individuales (los microscopios túnel de barrido recibieron el Premio Nobel en 1986) y los biólogos empezaron a construir nanoestructuras usando las bases del ADN como bloques de fabricación.

Durante los últimos 40 años, la nanotecnología ha ido erosionando las fronteras entre las disciplinas, y estableciéndose en las tecnologías que nos rodean. La nanotecnología está transformando las baterías, los materiales sostenibles, los chips, la generación de energías limpias, la electrónica, la computación y la medicina.

Este año, todos los premios Nobel de ciencias celebran la nanotecnología y la capacidad de estudiar procesos en esa escala. El de Química fue para tres científicos que predijeron y fueron los primeros en crear puntos cuánticos. Los puntos cuánticos son cristales semiconductores que contienen unos pocos miles de átomos cuyas propiedades cuánticas pueden sintonizarse para que puedan emitir longitudes de onda de luz específicas. Los puntos cuánticos muy pequeños de seleniuro de cadmio, por ejemplo, pueden emitir luz azul, pero cristales más grandes del mismo compuesto emiten luz roja. Es precisamente esa simplicidad conceptual que los ha hecho tan populares en tantos campos, desde pantallas de televisión muy brillantes, hasta imágenes biológicas. La microscopia biológica es su aplicación más reveladora: su tamaño les permite iluminar en la nanoescala con una luz suficientemente brillante como para hacer visibles los movimientos de biomoléculas individuales en una célula (usando un microscopio óptico), conectando así el mundo nano de las biomoléculas con un observador humano usando los principios de la mecánica cuántica.

Por su parte, el premio Nobel de Medicina se concedió a los valientes e infatigables Katalin Karikó y Drew Weissman que, oponiéndose al conservadurismo que impera en el establishment de las ciencias, demostraron que el ARN podría convertirse en una poderosa arma para crear vacunas. Las vacunas se hicieron realidad cuando el ARN se introdujo en una nanopartícula de lípidos, formando así el principio activo de las vacunas de Moderna y BioNTech que acabaron con la pandemia. Esas nanovacunas contienen 40 años de investigaciones multidisciplinares en la biofísica de los lípidos, la química para sintetizar moléculas, y los sistemas microfluídicos que hacen posible crear el milagro de una estructura nanométrica que contiene moléculas de ARN capaces de activar el sistema inmune. La pandemia ha hecho de la nanomedicina una realidad que va a transformar el tratamiento del cáncer y otras enfermedades.

Por último, el premio Nobel de Física se ha otorgado a los inventores de láseres capaces de llegar al attosegundo. La historia de la attociencia comenzó también en los años 1980, cuando Anne L’Huillier (la quinta mujer en recibir el Nobel de Física) se dio cuenta de que sería posible llegar a esta escala de tiempo en la que se mueven los electrones de los átomos y las moléculas. Su descubrimiento contradecía las predicciones de Werner Heisenberg, uno de los fundadores de la mecánica cuántica (no todos los físicos visionarios aciertan), que pensó que nunca podríamos acceder al mundo de los electrones. Esta tecnología da a los físicos la capacidad de interrogar qué es lo que pasa dentro de átomos, moléculas y nanopartículas cuando, por ejemplo, pierden o ganan un electrón en una reacción química.

Es muy posible que los láseres de attosegundo sean usados en la siguiente frontera de la nanotecnología y consecuentemente de la biología, la relación entre nuestra realidad clásica y el extraño mundo de la mecánica cuántica. La irrupción de la computación cuántica en la ciencia y el interés de las empresas farmacéuticas en usar los computadores cuánticos para diseñar las estructuras de los fármacos y revolucionar así la farmacológica me hace predecir que la contribución más transformadora de la nanotecnología está a punto de ocurrir. Es muy probable que la nanotecnología facilite que las ciencias converjan para resolver el gran problema de la física y de nuestro conocimiento de la realidad: cómo la mecánica cuántica y nuestra realidad clásica confluyen, el enigma sin resolver de la interpretación de la mecánica cuántica y su relación con la relatividad general.

En la nanoescala no solo está nuestra esperanza para lograr las tecnologías que nos permitan superar la crisis climática, también es el tamaño donde posiblemente los humanos encontraremos una nueva capa de significado en nuestra existencia, porque es la escala biomolecular donde tiene lugar el diálogo clásico/cuántico que quizá sea responsable de la vida (consciente) en el universo.

Sonia Contera es Catedrática de Física de la Universidad de Oxford. Autora de ‘Nanotecnología viva: cómo el mundo de lo infinitesimal está transformando la medicina y el futuro de la biología’. (Arpa Editores, 2023).

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