Rainer Christoph
LA NANO REVOLUCIÓN Y EL SALVADOR
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- , Ciencia, Investigación, Salud
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La nanociencia (NC) es un enfoque multidisciplinario para observar y comprender el comportamiento físico y químico de la materia a nivel nanométrico. La nanotecnología (NT) representa un esfuerzo colectivo para diseñar, caracterizar, producir y aplicar a estructuras, dispositivos y sistemas mediante el control de la forma y el tamaño a escalas de nanómetros cuadrados.
La reciente aparición y proliferación de las nanociencias y las nanotecnologías (NC y NT) se ha visto favorecida por una serie de descubrimientos e invenciones fundamentales, como:
i) El descubrimiento de que la fabricación de dispositivos nano-estructurados es posible.
ii) La invención y el desarrollo de instrumentos que nos permiten ver, medir y manipular átomos individuales.
iii) La conciencia de que la nanotecnología conduce a una amplia gama de nuevos materiales tanto naturales como antropogénicos, con propiedades físicas y químicas sin precedentes.
Las aplicaciones de los nano-materiales y de los dispositivos nano-estructurados ya cubren un enorme número de campos, y continúan revolucionando nuestras vidas cotidianas en muchos aspectos fundamentales, de tal manera que este desarrollo es denominado como «nano revolución «.
En la actualidad, los desarrollos de nanotecnologías más impactantes a nivel mundial se realizan en las industrias de la microelectrónica y la salud. La fabricación de circuitos electrónicos con dimensiones nanométricas, ha revolucionado tanto la capacidad de cálculo de computadoras, pero también las telecomunicaciones, con resultados difícilmente imaginables hace una década.
La nanomedicina proporciona soluciones terapéuticas sin precedentes para el tratamiento de enfermedades graves como el cáncer, la aterosclerosis, el Alzheimer y la diabetes. Otras contribuciones de la nanomedicina incluyen sistemas avanzados de administración de medicamentos y tecnologías de reparación de tejidos, dispositivos de diagnóstico de alta resolución y la provisión de interfaces neuroelectrónicas mejoradas.
Los desarrollos arriba escritos en su mayoría son realizados en países con economías de escala, que cuentan con los conocimientos especializados, carísimas infraestructuras, pero también el acceso “garantizado” a los mercados necesarios. Estas condiciones no son dadas en un país como El Salvador, donde el enfoque del uso de las nanotecnologías tiene que ser diferente, y concentrarse en ámbitos tan vitales como las industrias de manufactura liviana y de servicios, pero también en temas de educación, salud, alimentación y medio ambiente.
A continuación, se presentan algunos de los aportes que las nanociencias y las nanotecnologías pueden brindar en estas áreas.
La nanotecnología y la industria
Los productos relacionados con las nanotecnologías se mencionan cada vez más entre los tecnólogos, los responsables de la comercialización y los promotores en el ámbito empresarial e industrial. A escala mundial, ya se comercializan en el mercado más de 8300 productos nano tecnológicamente mejorados.
En vista de estos desarrollos globales, El Salvador también desarrollará su propio mercado de nanotecnologías. De hecho, una serie de productos importados nano-mejorados están siendo comercializados en el país hoy en día. Algunos ejemplos incluyen productos farmacéuticos y cosméticos, pinturas especiales, lubricantes para motores, recubrimientos hidrofóbicos y oleofóbicos y pigmentos, entre otros.
El Salvador ha mantenido un alto grado de dependencia tecnológica de los países desarrollados durante décadas. Este hecho, junto con el papel de las fuerzas dominantes en la obstaculización de los cambios que atentarían contra sus intereses, es considerado uno de los puntos centrales para explicar su actual subdesarrollo, como el de América Latina.
Para mitigar su dependencia de las tecnologías extranjeras, El Salvador debe idear sus propias tecnologías, que transformen los recursos disponibles localmente en productos y servicios que abastezcan las necesidades reales de su población, o que puedan ser exportados.
Pero, ¿cómo evitar que la nanotecnología se convierta en una tecnología más que necesita ser importada al país? ¿Cómo podría El Salvador convertirse en un exportador de nanotecnología?
Las respuestas a estas preguntas no son sencillas. Debido a las limitaciones de tamaño del mercado interno y al desarrollo de productos internacionalmente competitivos. La globalización de los mercados ha representado un beneficio muy modesto, en muchas ocasiones contra-productivo, para El Salvador.
Sin embargo, la inmensidad de las aplicaciones de las nanotecnologías abre la posibilidad de desarrollar, en determinados nichos, alternativas a productos importados y así contribuir a la reducción de algunos flujos importantes de capital hacia el exterior. Algunos ejemplos de estos nichos de aplicación son los revestimientos de superficies con propiedades químicas, ópticas y tribológicas específicas, pigmentos nano-estructurados para la industria de la imprenta, textiles especiales, combustibles en base de desechos, potenciadores para la agricultura, entre otros.
Otra oportunidad importante de nanotecnologías en El Salvador está ligada a su cercanía geográfica y cultural con los EE.UU., el actual líder mundial en este campo. Su amplio mercado nacional de productos, servicios y empleos relacionados a nanotecnologías, así como su acceso al mercado internacional mundial, ofrecen inmensas oportunidades en el ámbito de servicios que aún no se han explotado.
El acceso a estos mercados está vinculado a una serie de requisitos previos, de los cuales el quizás más importante es el acceso a una educación multidisciplinaria en la cual se transmiten contenidos modernos y actualizados en el campo de las ciencias, mediante modernos enfoques de educación, con fuerte orientación práctica y orientada a proyectos, que se presentan a continuación.
La nanotecnología y la educación
Para poder acceder al pequeño cosmos de la nanociencia y la nanotecnología, fue -y sigue siendo- necesario inventar dispositivos y máquinas especiales que permiten la observación directa de los fenómenos que tienen lugar en este pequeño mundo infinitesimal. Además, necesitó -y sigue necesitando- desarrollar modelos matemáticos especiales para explicar de forma coherente estos fenómenos y comprender sus repercusiones en el comportamiento macroscópico de las cosas.
Gran parte de los últimos 10 mil años de la historia de la humanidad, el conocimiento científico se desarrolló sobre la base de un universo que se expande desde fracciones de milímetros, hasta unos miles de kilómetros. Este rango de más de nueve órdenes de magnitud parece ser enorme a primera vista, pero sigue siendo infinitesimal comparado con el rango de dimensiones, tanto en tiempo como espacio que hoy abarca la ciencia moderna.
Evidentemente, los contenidos educativos modernos en ciencias naturales deben romper con su tradicional confinamiento en el espacio y el tiempo limitados que se han mantenido a lo largo de los siglos. La alfabetización científica moderna se traduce en una comprensión coherente de un mundo físico circundante que se extiende mucho más allá de lo que se ha conocido hasta ahora.
Los beneficios del conocimiento moderno en ciencia son múltiples, y ciertamente no aplican sólo a la gente de El Salvador. Los contenidos de la ciencia per se no cambian más allá de las fronteras. Lo que cambia en un determinado país es la importancia que se le da a la educación en estos contenidos. Esta “alfabetización en ciencia moderna” es importante por las siguientes razones:
En primer lugar, las ciencias naturales proporcionan el conocimiento último, basado en hechos, del entorno físico que nos forma y nos rodea. La vasta complejidad de este ambiente en cada fracción de sus múltiples dimensiones de espacio y tiempo nos muestra claramente que, aunque la humanidad ha aprendido mucho, hay mucho más por ahí que todavía no sabemos, de lo cual tenemos la más mínima idea de su existencia.
La falta de conocimiento, sin embargo, plantea una de nuestras mayores amenazas: la preponderancia. La falsa creencia de que ahora ya sabemos y entendemos – aunque en realidad lo que entendemos es muy poco comparado con lo que hay – es la principal causa para cometer errores catastróficos, muchos de los cuales difícilmente pueden ser remediados.
La situación se vuelve aún más dramática cuando en la toma de decisiones se ignora por completo el conocimiento disponible que proporciona la ciencia, y este es sustituido por consideraciones económicas, aspectos legales, justificaciones políticas y enfoques dogmáticos. Este último tipo de razonamiento es sin duda una forma muy eficiente para obtener el fracaso.
El conocimiento científico actual, que se basa en la evidencia experimental y en la coherencia matemática, es limitado. Pero es la mejor herramienta que tenemos para lograr una mejora sostenida de las condiciones de vida de nuestra sociedad. Es muy importante entender y aplicar, especialmente por parte de los responsables de la toma de decisiones, que para toda decisión importante tiene que ser tomado en cuenta el conocimiento científico sustentado disponible, que ha sido verificado experimental y matemáticamente.
La vastedad de los conocimientos científicos accesibles exige una creciente participación de competentes especialistas de la comunidad científica en el proceso de toma de decisiones. Estos especialistas también tienen la enorme tarea de discernir entre los hechos científicos fundados y la ficción, y tienen que arreglárselas para ser escuchados. Esto se aplica tanto a El Salvador como a muchos otros países, incluyendo aquellos ubicados en las regiones más desarrolladas del planeta. Es muy lamentable que en algunos países de estas regiones privilegiadas todavía se observan tendencias abandonar el razonamiento científico cuando este último cuestiona actuales privilegios económicos y de poder.
En segundo lugar, la alfabetización científica moderna conduce inevitablemente al pensamiento cooperativo.
En la escala macroscópica, la ciencia moderna nos ha hecho conscientes del hecho de que el planeta biosfera de la Tierra está confinado en una película, que es extremadamente delgada en comparación con las dimensiones del planeta. También nos ha hecho conscientes de que el hábitat humano incluye millones de otras especies vivas, estrechamente interrelacionadas, sin las cuales no sobrevivimos en primer lugar.
Esta conciencia conduce inevitablemente a la comprensión de la importancia vital de la conciencia ambiental y a la creciente necesidad de emprender esfuerzos cooperativos para reducir la huella ecológica de las actividades humanas. También nos lleva a la comprensión de que nuestra subsistencia a largo plazo sólo es posible a través de un esfuerzo conjunto, independientemente de las fronteras, los privilegios económicos y legislativos, las creencias religiosas o el poder físico. El desarrollo de la conciencia ecológica en El Salvador, que actualmente se encuentra en su etapa infantil, puede ser desarrollado sustancialmente a través de la educación en la ciencia moderna.
Tercero: La historia nos ha mostrado repetidamente que el descubrimiento y la comprensión de los fenómenos que tienen lugar en una amplia gama de espacios y tiempos pueden cambiar nuestra vida cotidiana de manera dramática. Por ejemplo, hace sólo 200 años, nadie sabía de electrones. Aunque estas partículas ya estaban presentes en la misma materia que nos forma durante miles de millones de años, fuimos incapaces de observar los electrones, de comprenderlos. Tampoco se podía imaginar que un día estas partículas serían la base de un número prácticamente infinito de aplicaciones prácticas y que salvan vidas que fueron desarrolladas por un sinnúmero de especialistas de muchos campos diferentes.
Las nanotecnologías pueden considerarse como un desarrollo similar. Hace unas décadas, los más brillantes de entre nosotros se dieron cuenta de que la materia, y los sistemas enteros hechos de ella, pueden ser confinados en volúmenes de tamaño nanométrico. El desarrollo de la mecánica cuántica llevó a la comprensión de que las fracciones diminutas de materia representan un enorme conjunto de materiales y dispositivos sin precedentes, con un potencial tecnológico comparable al del descubrimiento y aplicación de electrones hace menos de dos siglos. Hay muchos ejemplos que muestran que el Nuevo Testamento ya ha cambiado nuestras vidas cotidianas en formas que eran difíciles de imaginar hace menos de una década.
Cuarto: Al igual que muchos otros campos modernos en desarrollo, como las ciencias cognitivas y la biotecnología, la TN también se basa en un enfoque multidisciplinario. Este enfoque, además de basarse en un esfuerzo de cooperación de muchos especialistas, requiere un conocimiento amplio y superpuesto de las ciencias naturales, la tecnología, la ingeniería y las matemáticas.
La educación moderna STEM promueve el aprendizaje multidisciplinario y orientado a soluciones. Este enfoque representa sin duda un modelo de educación viable para las generaciones futuras, que vivirán en un mundo con un impacto creciente de la nanotecnología y otras tecnologías emergentes. Los primeros proyectos centrados en la introducción del aprendizaje basado en la tecnología STEM en las escuelas públicas de El Salvador también han tenido efectos muy positivos, como la reducción sustancial de la violencia escolar y los índices de deserción escolar.
El potencial de la nanotecnología para mejorar la vida de las personas ciertamente se aplica también a El Salvador. Los desarrollos inducidos por esta están allanando el camino hacia nuevas soluciones sostenibles para las necesidades básicas de la sociedad. Tales desarrollos incluyen la mejora de las condiciones sanitarias con superficies fotocatalíticas, acceso a agua potable limpia, conservación de alimentos asequibles y la mejora de la agricultura. A una escala más general, las mejoras de la nano-medicina, la computación cuántica, la disponibilidad de materiales ultraligeros y altamente resistentes, pero también los nuevos enfoques basados en la tecnología de la información para la generación y el almacenamiento de energía sostenible, por ejemplo, las baterías, los super-condensadores y las celdas de combustible, tienen el potencial para una mejora significativa de las condiciones de vida actuales en El Salvador.
La nanotecnología en la salud y medio ambiente
«Todas las cosas son veneno, y nada está sin veneno. Sólo la dosis hace que una cosa no sea un veneno«. Estas palabras de Paracelso (1493-1541), un científico naturalista y filósofo suizo, datan de hace más de 600 años. Traducido al mundo moderno actual de la nanotecnología, esto significa que no son los nuevos materiales en sí mismos, sino su uso masivo los que conducen a riesgos medioambientales y sanitarios con consecuencias a menudo catastróficas.
Tal amenaza es difícilmente predecible. La liberación masiva de un nuevo material o sustancia en la vasta complejidad de la biosfera terrestre es imposible de simular y comprender, ni mediante experimentos in vitro ni mediante investigaciones en vivo a pequeña escala realizadas en condiciones definidas. Como se ha señalado anteriormente, la complejidad de la naturaleza es simplemente demasiado grande y nuestros conocimientos y capacidades son demasiado limitados para obtener las pruebas concluyentes necesarias para realizar predicciones fiables. La historia nos ha enseñado a través de muchos ejemplos trágicos que debemos ser extremadamente cuidadosos cuando liberamos nuevos materiales a la naturaleza. El envenenamiento por plomo en la época romana, las bajas masivas causadas por la liberación de metales pesados como el cadmio, el mercurio, las terribles consecuencias del uso generalizado de halógenos orgánicos persistentes como el pesticida DDT4849 en el siglo XX, pero también las fatales consecuencias del uso generalizado de los plásticos, son sólo algunos de esos ejemplos. Este conocimiento empírico, por el que muchas personas han perdido y siguen perdiendo la vida, sigue siendo el mejor que tenemos para evaluar los enormes riesgos inherentes al despliegue masivo de materiales fabricados por el hombre.
Lamentablemente, el aprendizaje de los errores cometidos en el pasado sigue siendo muy modesto. En la práctica, los criterios económicos siguen teniendo mucho más peso que las consideraciones medioambientales. Esto afecta especialmente a los países en desarrollo, donde los recursos económicos son escasos en un principio, pero su disponibilidad también se ve afectada por el accionar de grupos de interés nacionales e internacionales.
Como resultado, la eliminación de residuos de última generación en El Salvador está todavía en su etapa inicial, como es el caso de sus países vecinos y de muchas otras regiones del planeta. La falta de sistemas de tratamiento de aguas residuales, la manipulación generalizada e indiferenciada de los residuos domésticos, la ausencia de sistemas de eliminación controlada de residuos peligrosos como las baterías de un solo uso, de equipos electrónicos y de lámparas incandescentes que contienen mercurio, son sólo algunos ejemplos de la fase perjudicial de la manipulación de residuos tóxicos.
Los residuos de nano-materiales antropogénicos lamentablemente conllevan los riesgos de contaminación a una nueva escala:
Las nano-partículas (NPs) exhiben enormes superficies específicas, que pueden superar fácilmente los mil metros cuadrados por gramo. La liberación masiva de partículas antropogénicas de NPs en el medio ambiente desafía a la naturaleza con enormes superficies con propiedades sin precedentes, planteando riesgos que amenazan la vida y que aún son difíciles de entender.
Al penetrar en organismos multicelulares vivos, nanopartículas individuales, o las aglomeraciones de ellas, son recubiertas con coronas proteínicas muy específicas. La proteína corona es básicamente la etiqueta de un «intruso» que desencadena la reacción del sistema inmunológico. La información de la proteína corona depende en gran medida de la composición química de la superficie de una nanopartícula, que depende tanto del tamaño como de la forma. Como consecuencia, las nanopartículas individuales, incluso si están hechos del mismo material, pueden presentar etiquetas biológicas distintas.
Se ha confirmado experimentalmente que las pequeñas escalas infinitesimales de estas partículas de materia les permiten penetrar en las células vivas, pero todavía se sabe muy poco sobre las interacciones de las nanopartículas con componentes celulares específicos ni sobre su destino después de la conclusión del ciclo de vida de las células. Las nanopartículas son extremadamente difíciles de medir, incluso en condiciones controladas in situ. Evaluar su presencia in vivo, o determinar sus interacciones con la materia viva en su entorno natural, debe considerarse hoy en día como una misión prácticamente imposible, incluso para los laboratorios más desarrollados. En vista de lo anterior, el manejo de los desechos de la producción de nanotecnología y de sus productos requiere fuertemente el establecimiento de conocimientos técnicos establecidos localmente y empoderados, una legislación específica, así como una infraestructura bien organizada para la eliminación de desechos. Ninguno de ellos está disponible en El Salvador hoy en día, dejando al país muy vulnerable a los impactos negativos sobre la salud y el medio ambiente de prácticamente todos los principales desarrollos tecnológicos.
La nanotecnología tiene definitivamente el potencial de proporcionar soluciones locales adaptadas a los principales desafíos del desarrollo, en áreas tan importantes como el suministro de agua, la alimentación, la salud, la mitigación del medio ambiente y, lo que es más importante, la educación. Este enorme potencial de desarrollo será tratado en las próximas secciones
El diseño del futuro de El Salvador debe ser necesariamente una acción global que aborde objetivos específicos relacionados con el Cambio Climático, la escasez de agua, la contaminación ambiental y la energía53. Estos objetivos pueden lograrse con la ayuda de la nanotecnología y, si se maneja adecuadamente, esta nueva tecnología podría convertirse en un importante factor de desarrollo sostenible en El Salvador.
La condicionalidad de dicha afirmación se basa en el hecho de que la proliferación incontrolada de a gran escala de productos nanotecnológicamente alterados plantea graves amenazas para la salud de la población y su entorno.
En este sentido, la proliferación de la nanotecnología exige en primer lugar la puesta en marcha de un marco cuidadosamente diseñado, que incluya un sistema de información de última generación y un conjunto de normas y reglamentos que impidan la manipulación y dispersión desinhibidas de los nano-residuos. En la práctica, estos riesgos necesitan ser mitigados a través de la creación de centros de competencia calificados en nanotecnología, así como de nuevas agencias privadas y públicas dedicadas a la implementación y monitoreo de la eliminación de residuos nano, entre otros.
La educación desempeñará un papel fundamental en la proliferación fructífera del vasto campo de aplicaciones que pueden desarrollarse con la nanotecnología. Esto requiere contenidos educativos modernos y modelos de aprendizaje que promuevan el conocimiento de vanguardia a través de enfoques didácticos dedicados a la práctica y la resolución de problemas.
