Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

octubre 20, 2007

Plástico y nanotecnología: materiales para el futuro

El desarrollo de los plásticos cambió todo lo que el ser humano puede hacer. Y pese a sus problemas, estos materiales siguen ofreciéndonos sorpresas al unirse a la tecnología punta.



Era 1855 cuando el británico Alexander Parkes desarrolló el primer material que puede considerarse un plástico: la parkesina, un celuloide de origen natural que presentó en público en la Exposición Internacional de Londres en 1862. No deja de ser ligeramente irónico que el plástico se considere la encarnación de la artificialidad cuando sus orígenes fueron tales, pero los plásticos artificiales son los que efectivamente revolucionaron la vida humana. En 1907, Leo Hendrik Baekeland, químico belga trasplantado a los Estados Unidos, desarrolló el primer plástico artificial al que bautizó con su nombre: bakelita, resultado de la mezcla de fenol y formaldehído. La bakelita pronto se popularizó en muchas aplicaciones diversas gracias a su maleabilidad, su plasticidad, especialmente en la forma de ese aislante marrón oscuro que se usó en los adminículos eléctricos hasta la década de 1960 y sus parientes químicos, otras resinas fenólicas, incluso han ido al espacio recientemente.

Los plásticos son polímeros, es decir, sus moléculas están formadas por largas cadenas repetitivas de unidades estructural llamadas monómeros y conectadas entre sí por enlaces químicos covalentes. Entre los polímeros naturales tenemos la goma obtenida del árbol del hule, el caucho, y el propio ADN de nuestro material genético. Los plásticos, como el celuloide inventado en 1870 que se volvió la materia prima fundamental del cine y la fotografía hasta la llegada del acetato en 1952 y ahora del poliéster, hasta el nylon de las medias femeninas, desde envases hasta piezas de recambio para el cuerpo humano, desde componentes de automóviles hasta partes de robots lanzados al espacio para explorar otros planetas, el mundo de hoy sería totalmente imposible sin los plásticos y su desarrollo incesante en la industria. Pero aunque la ciencia de los polímeros y la industria de los plásticos nos han dado numerosos materiales con capacidades asombrosas, es natural siempre esperar más, o soñar con materiales de asombrosas capacidades.

Mientras más sabemos sobre los plásticos, más posibilidades ofrecen y se hace claro que hay más por saber de lo que imaginábamos. Una de las áreas donde se ha esperado que nuestros conocimientos sobre polímeros resulten muy útiles es la nanotecnología, la rama que se ocupa de la comprensión de las cosas a nivel atómico y molecular ("nano" significa una milmillonésima de metro) y la fabricación de materiales o dispositivos manipulando estos elementos. Se han creado así pequeños elementos constructivos: nanoalambres, nanohojas, nanotubos y diversas nanopartículas que tienen propiedades mecánicas singulares e impresionantes a esas escalas diminutas, pero los científicos se han debido enfrentar al obstáculo que representa el conseguir que tales características se mantengan al crear objetos macroscópicos con tales elementos. Por ejemplo, según el sitio en línea Nanowerk, si se consigue transferir al mundo práctico las extraordinarias propiedades mecánicas de ciertos nanocomponentes como la resistencia a la fractura, podríamos crear materiales mucho más resistentes, ligeros y flexibles, lo que puede revolucionar todos los aspectos de nuestra vida. En palabras del doctor Nicholas A. Kotov, investigador de la Universidad de Michigan, Estados Unidos, "los elementos constructivos a nanoescala son excepcionalmente fuertes en lo individual porque están cerca de ser los materiales ideales libres de defectos".

Lo que ha hecho el doctor Kotov junto con los grupos de investigación de Ellern Arruda y Toni Waas en la misma universidad ha sido conseguir un nuevo plástico fuerte como el acero y a la vez transparente. Lo que han conseguido es transferir "casi de modo ideal", dice Kotov, la tensión entre nanohojas y una matriz de polímeros. Para ello, los investigadores crearon primero una máquina que desarrollaron desde cero y que "construye" materiales colocando una capa a nanoescala tras otra. La inspiración para su idea fue la madreperla, esa cubierta iridiscente de las conchas de muchos moluscos, y el material de que están hechas las perlas, que se forma capa a capa con las secreciones de la ostra o el mejillón, y que es uno de los materiales naturales más resistentes basados en minerales.

La máquina de los investigadores de Michigan es un brazo robótico que se mueve sobre una rueda de recipientes sosteniendo una pieza de cristal más o menos del tamaño de un portaobjetos de microscopio. El brazo introduce el vidrio en una solución de polímeros con propiedades adhesivas, alcohol polivinílico,y después en un líquido con una dispersión de nanohojas de cerámica. Una vez secas esas dos capas, el proceso se repite permitiendo que las capas de nanoadhesivo y nanohojas formaran capas unidas mediante enlaces de hidrógeno de gran resistencia, lo que los científicos han llamado "el efecto velcro". Al cabo de unas 300 veces, la capa es apenas tan espesa como la película plástica en la que se envasan los alimentos.Sin embargo, es extremadamente resistenet debido tanto al efecto velcro como al hecho de que las nanohojas se disponen en capas apiladas, en un patrón alterno que los científicos dicen es como el de los ladrillos y el cemento, donde cada hilera sirve para volver irrelevante cualquier imperfección de la anterior.

El plástico resultante podría ser utilizado por igual en dispositivos microelectromecánicos, sensores biomédicos, válvulas de recambio para trasplantes, aviones robóticos y protección antibalas para policías y soldados. Un supermaterial fuerte, como el acero pero más ligero y transparente que promete ser el primero de una larga serie de nuevos materiales.

La indeseable permanencia

Una notable característica de muchos plásticos es su durabilidad y estabilidad al paso del tiempo y ante diversas sustancias, que los hace ideales, por ejemplo, para sustituir huesos de la pierna sin temor a que se degraden. Pero eso se convierte en un grave problema cuando enviamos los plásticos a los vertederos. La lenta descomposición de los plásticos ha sido objeto de afirmaciones no debidamente demostradas, y así se afirma que las bolsas de plástico tardan desde 20 hasta 1.000 años en degradarse, cifra que varía sin motivo aparente. Al paso del tiempo, las soluciones han ido desde la creación de bacterias capaces de digerir el plástico hasta el diseño de nuevos plásticos que se descomponen ante elementos como la luz solar, ideales para tirar la basura. Lo que difícilmente ocurrirá es que dejemos de hacer y usar los plásticos, una gran oportunidad para quien descubra qué hacer con ellos cuando van a la basura.

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