El tsunami de la Nanotecnología ha llegado hasta los Premios Nobel

14.11.2023

Imagen: Johan Jarnestad © The Royal Swedish Academy of Sciences.

Los Premios Nobel 2023 en Ciencias Naturales celebran los avances de la Nanociencia para traer aplicaciones que mejoran nuestras vidas.
El Simposio de los Ganadores del Premio Nobel, organizado por IMDEA Nanociencia, trata de explicar de forma divulgativa las contribuciones de los premiados con el Nobel de Fisiología o Medicina, Física y Química del año 2023, con tres charlas impartidas por investigadores de IMDEA Nanociencia.
En el instituto IMDEA Nanociencia de la Comunidad de Madrid, los investigadores trabajan en diversas áreas que han sido premiadas este año con el Nobel de Medicina, Física y Química: la attoquímica, los puntos cuánticos, y las moléculas activas basadas en ARN.

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Madrid, 14 de noviembre, 2023. El prefijo nano- se refiere a un tamaño extraordinariamente pequeño: un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro, que es el tamaño de un grupo de unos pocos átomos. La nanociencia es una ciencia interdisciplinar, dedicada a manipular los átomos para conocer más de su naturaleza y cómo sacarles provecho. La nanotecnología no se trata simplemente de hacer objetos cada vez más pequeños, sino de comprender y aprovechar el hecho de que lo pequeño es diferente. Por debajo de un cierto tamaño (del orden de unos pocos nanómetros), la materia tiene propiedades completamente diferentes a las de su contraparte macroscópica. Todas sus propiedades cambian, de hecho, de forma drástica.

Este año, La Real Academia Sueca de las Ciencias ha otorgado todos los Premios Nobel de ciencias naturales en áreas que celebran la nanotecnología y la capacidad de estudiar procesos en esa escala: la Nanociencia.

Premio Nobel de Medicina

El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2023 ha sido otorgado a Katalin Karikó y Drew Weissman “por los descubrimientos sobre las modificaciones de las bases nucleótidas que permitieron desarrollar vacunas eficaces de ARNm contra la COVID-19.” Los descubrimientos de los galardonados fueron fundamentales durante la pandemia de 2020 y han cambiado radicalmente nuestra comprensión del modo en que el ARNm interactúa con nuestro sistema inmunitario.

El Grupo de “Nucleic Acids and Nanoparticles in Nanomedicine” liderado por Álvaro Somoza en IMDEA Nanociencia, estudia la utilización de oligonucleótidos y fármacos modificados para desarrollar nanoestructuras avanzadas con fines terapéuticos y de diagnóstico, por ejemplo, para desarrollar un test para COVID-19, o para ser usados en tratamientos contra el cáncer.

Premio Nobel de Física

El Premio Nobel de Física ha sido concedido a Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huilier por “los métodos experimentales que general pulsos de luz de attosegundos para el estudio de la dínamica de los electrones en la materia.” Gracias a sus experimentos, los galardonados de este año idearon y crearon pulsos de luz lo bastante cortos como para tomar instantáneas de los rapidísimos movimientos de los electrones.

Un grupo de investigadores españoles e italianos, liderados por Fernando Martín (director científico de IMDEA Nanociencia y catedrático del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias UAM) y Mauro Nisoli (director del Centro de Investigación en Attosegundos del Instituto Politécnico de Milán), sentaron las bases de la attoquímica en 2017. La attoquímica es una nueva disciplina que estudia el movimiento de los electrones durante las reacciones químicas utilizando pulsos de luz de attosegundos. En la actualidad, Fernando Martín y Mauro Nisoli están inmersos en un ambicioso proyecto científico coordinado por IMDEA Nanociencia, que pretende capturar la dinámica ultrarrápida de los electrones con el objetivo de mejorar la eficiencia de conversión de la energía solar, junto Nazario Martín, vicedirector de IMDEA Nanociencia y catedrático del Departamento de Química Orgánica en la Facultad de Ciencias Químicas UCM.

Premio Nobel de Química

Los galardonados este año con el Premio Nobel de Química han sido Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus y Alexei I. Ekimov “por el descubrimiento y desarrollo de puntos cuánticos”. Una vez que el tamaño de la materia empieza a medirse en millonésimas de milímetro, comienzan a producirse fenómenos extraños -efectos cuánticos- que desafían nuestra intuición, y dan a la tabla periódica una tercera dimensión. A principios de la década de 1980, Louis Brus y Alexei Ekimov consiguieron crear -de forma independiente- puntos cuánticos, que son nanopartículas tan diminutas que los efectos cuánticos determinan sus características. En 1993, Moungi Bawendi revolucionó los métodos de fabricación de los puntos cuánticos, consiguiendo que su calidad fuera extremadamente alta, requisito indispensable para su uso en la nanotecnología actual.

Los puntos cuánticos ya se encuentran en productos comerciales y se utilizan en muchas disciplinas científicas, desde la física y la química hasta la medicina. En IMDEA Nanociencia, el Grupo de “Biosensors in Neuroscience” liderado por la Dra. Valle Palomo, se centra en el estudio de nanopartículas y química biológica para entender los mecanismos biológicos en condiciones patológicas, como es la esclerosis lateral amiotrófica. Entre otros materiales, utilizan puntos cuánticos como partículas luminiscentes para visualizar las dianas moleculares y monitorizar su actividad enzimática. Los puntos cuánticos ofrecen un gran potencial de estudio de los sistemas biológicos, por sus óptimas propiedades luminiscentes y por su versatilidad para ser conjugados con diferentes biomoléculas.

Los Premios Nobel se celebran en IMDEA Nanociencia

Cada año desde 2016, en IMDEA Nanociencia se organiza el Simposio de los Ganadores del Premio Nobel, en el que investigadores de áreas cercanas al campo de investigación de los galardonados con el Premio Nobel en Medicina, Física y Química ese año, dan su visión sobre el Premio con un pequeño recorrido histórico y los fundamentos científicos tras el descubrimiento. Este año, el simposio se celebrará el 1 de diciembre y contará como ponentes con los investigadores de IMDEA Nanociencia Valle Palomo, Fernando Martín y Álvaro Somoza. El evento está abierto al público y se transmitirá también en forma de teleconferencia.

La revolución de la Nanociencia

Lo pequeño es diferente por dos razones. La primera es que en los objetos nanométricos, la relación entre los átomos de la superficie y los átomos de volumen es mucho mayor que en los objetos macroscópicos. Y eso es fundamental en nanociencia, ya que la superficie de interacción es mucho mayor y permite conectar y comunicar sistemas de una manera más eficiente. Y en segundo lugar, los objetos muy pequeños están dominados por una parte exótica de la física, que es la mecánica cuántica.

Rodolfo Miranda, director de IMDEA Nanociencia: “En mi opinión, lo que realmente cambió todo fue la capacidad de "ver" los átomos y manipularlos, que el microscopio de efecto túnel hizo posible para nosotros.” Desde la invención del microscopio de efecto tunel, que provocó una revolución al poder manipular la material a nivel atómico, la Nanociencia ha ido erosionando las fronteras entre las disciplinas tradicionales: Física, Química, Biología... para establecerse en las tecnologías que nos rodean. Las tecnologías más avanzadas son cada vez más pequeñas. Átomo a átomo, hoy es posible diseñar nuevos materiales, dispositivos o medicinas que ya están cambiando nuestras vidas. La ciencia de lo más pequeño es un universo por explorar, y en IMDEA Nanociencia, centro de Excelencia Severo Ochoa, se reúnen investigadores expertos en diversas disciplinas para trabajar en las aplicaciones más revolucionarias del futuro.

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El Prof. Miranda ha celebrado los diversos Premios Nobel otorgados en campos de la Nanociencia: desde el descubrimiento de la magnetoresistencia gigante (Premio Nobel de Física en 2007), hasta el aislamiento del grafeno (Premio Nobel de Física en 2010). “La Nanociencia es el descubrimiento de que un trocito suficientemente pequeño de una materia tiene unas propiedades totalmente diferentes. Aquí el tamaño importa. Las cosas muy chicas se comportan muy distintas y su funcionamiento lo controla la mecánica cuántica y eso es muy raro y muy distinto de la escala macroscópica. El objetivo de la nanociencia es entender las propiedades básicas de esas cosas tan pequeñas y el de la nanotecnología es utilizarlas para algo útil”, comenta Rodolfo Miranda.

El instituto IMDEA Nanociencia, que alberga 44 laboratorios, está financiado por la Comunidad de Madrid y el Ministerio de Economía e Innovación, y empresas privadas participan económicamente en los proyectos. Las instalaciones, en las que se ven enormes microscopios de efecto túnel, espacios aislados de vibraciones, laboratorios de nanoóptica o síntesis química, o salas de aire purificado a las que hay que acceder con trajes de protección, pueden ser visitada por el público general, colegios o institutos previa solicitud. “Nuestros conciudadanos tienen que percibir, como se percibe en otros países, que la ciencia produce bienestar y riqueza y que es importante para su futuro y el de sus hijos”, opina Miranda, “así pedirá a sus políticos que apuesten por ella”.

En IMDEA Nanociencia se trabaja en la frontera del conocimiento en la investigación de vanguardia a través de sus seis programas de investigación aplicada: nanotecnología para la recolección de energía, materiales cuánticos, nanopartículas para aplicaciones biomédicas, nanomagnetismo para tecnologías de la información, fenómenos ultrarrápidos a nanoescala y nanotecnología para materiales críticos y sostenibles. El ecosistema altamente interdisciplinar de IMDEA Nanociencia genera descubrimientos que abordan los principales retos de la sociedad: salud y bienestar, energía y medio ambiente, aeroespacial, seguridad y defensa.

Atraer talento, desarrollar ciencia de excelencia y abordar las necesidades estratégicas de empresas e instituciones para generar conocimiento y riqueza a partir de la ciencia básica son las misiones de IMDEA Nanociencia. Intentamos entender las nuevas reglas que rigen el comportamiento de la materia a nanoescala para encontrar aplicaciones en muchas áreas diferentes. Estamos convencidos de que en los próximos 20-25 años, casi todo lo que nos rodea, desde la ropa que usamos, hasta los edificios que construimos, cómo curamos enfermedades, nos alimentamos o capturamos y almacenamos energía, todo contendrá elementos de nanotecnología. Y tenemos que estar preparados para ello.

Más información:

“El ‘tsunami’ de la nanociencia está por llegar y va a cambiar el mundo” – Entrevista a Rodolfo Miranda, director de IMDEA Nanociencia, para El Pais. (2019).

Escarbando en lo más pequeño – artículo de EL Pais (2014).

Contacto:

Oficina de Divulgación y Comunicación de IMDEA Nanociencia
divulgacion.nanociencia [at]imdea.org
Twitter: @imdea_nano
Facebook: @imdeananociencia
Instagram: @imdeananociencia

Fuente: IMDEA Nanociencia.