Nanoproductos

La producción de lo diminuto

Por Martín Cagliani

Imaginen una pelotita diminuta, a una escala ya no sólo microscópica sino nanométrica, es decir, la millonésima parte de un metro. Es una pelotita que va a funcionar como transporte, llamémosle nanovehículo. Pelotita a la cual se le pegan moléculas por fuera, que tendrán las llaves indicadas para que ciertos tipos de células dejen entrar a la pelotita. Ahora, volvamos a un mundo macro, y veamos una simple gota. Allí hay millones de estas pelotitas. Esa gota, junto con otras más, son inyectadas en el cuerpo de una oveja y liberará a esos millones de pelotitas que adentro cargan una vacuna contra la brucelosis ovina. Eso es nanotecnología, al menos uno de los miles de casos que vuelven más eficientes a los productos en los que se utilizan.

Actualmente existen más de 20 empresas que trabajan con nanotecnología en Argentina, y cientos de investigadores se dedican a las aplicaciones que se pueden lograr gracias a trabajar con materiales a esta escala del nivel de los átomos y las moléculas. Manipular materiales en el rango de entre uno y cien nanómetros permite un mayor control sobre la materia. Posibilita crear aplicaciones que pueden mejorar y volver más eficientes todos los ámbitos de la industria. La tendencia actual apunta hacia la mejora de productos actuales mediante la nanotecnología, más que a la creación de nuevos nanoproductos.
“La nanotecnología está produciendo megafenómenos”, dijo Lino Barañao, ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, durante la apertura del encuentro Nanomercosur 2013 Nanotecnología para la Competitividad Industrial, que se llevó a cabo entre el 12 y el 14 de noviembre.
“A medida que tengamos más empresas capaces de incorporar los últimos desarrollos en nanotecnología –dijo Barañao–, vamos a cambiar el perfil del país, y vamos a generar trabajo de calidad. Vamos a poder incrementar el producto bruto per cápita. Es difícil pensar en su crecimiento de otra forma, simplemente, por ejemplo, a partir de la explotación de los recursos naturales.”

Agronanotecnología

En el Plan Argentina Innovadora 2020, lanzado por el Ministerio de Ciencia en marzo pasado, se incluían seis áreas en las que se debía innovar y orientar las actividades científicas y tecnológicas a fin de solucionar demandas concretas de la sociedad argentina. Esas áreas son energía, industria, salud, desarrollo social, ambiente y desarrollo sustentable, y agroindustria, que es la que nos ocupa.
“La nanotecnología puede hacer un aporte muy grande a la agroindustria desde el momento en el que pone a disposición nuevas tecnologías en el proceso de producción primaria, en ámbitos como la transformación, conservación, embalaje, inocuidad, etc.”, sostiene el Dr. Ricardo Sager, referente regional en nanotecnología del Programa Cooperativo para el Desarrollo Agroalimentario y Agroindustrial del Cono Sur (Procisur).
“Puede ayudar a mejorar desde la maquinaria utilizada en la producción, a través de superficies de contacto, optimizar la resistencia al desgaste con mejor respuesta a procesos de oxidación, hasta mecanismos de entrega de productos plaguicidas o fertilizantes en dosis mínimas y eficientes que reduzcan la contaminación ambiental”, agregó Sager, también miembro de la Fundación Argentina de Nanotecnología (FAN).
“También tiene incidencia en la generación de sensores de alta especificidad, bajo costo y mínimo tamaño, que combina materiales nanoestructurados y componentes micro o nanoelectrónicos, que reducen los costos de elaboración y de análisis, permitiendo una amplia gama de procedimientos de bajo precio y de amplia aplicación”, dijo Sager. “Desde el sector alimentario, la nanotecnología permitirá adicionar suplementos nutricionales en forma precisa, segura y que no modifiquen las características organolépticas de los alimentos procesados. La nanotecnología está abriendo caminos a nuevas aplicaciones, por lo que sus aportes todavía no conocen límites.”
El sector agroindustrial constituye el 25 por ciento de la industria manufacturera de nuestro país, y representa el 40 por ciento de las exportaciones. Su valor de producción se aproxima a los 177.000 millones de pesos y ofrece trabajo a 600.000 personas en todo el país.

Nanotecnología en Argentina

La FAN, así como el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (MinCyT), trabajan para potenciar el área de los nanointermediarios, de las pequeñas y medianas empresas. Lo que se busca es que los investigadores del área pública tengan una comunicación fluida con las empresas. En pos de esta meta se ha lanzado el Programa NanoPymes, en la Argentina. Se trata de un programa de cooperación internacional firmado entre la Argentina y la Unión Europea. Con un presupuesto total de 19.600.000 euros, se busca fortalecer la investigación en el sector y el desarrollo de pymes vinculadas con el sector de las micro y nanotecnologías.
La nanotecnología tiene tres grandes áreas, la de los nanomateriales, los nanointermediarios y los nanoproductos, que son los más visibles, por ser los productos finales que se valen de la nanotecnología. Productos como las pinturas que se utilizan para los automóviles, por ejemplo, que mediante la nanotecnología se vuelven más duras, o resistentes al fuego, o con los paragolpes, para hacerlos más livianos. La nanotecnología ya se está utilizando, no es algo del futuro sino del presente, ya está en muchos ámbitos de nuestra vida diaria.
Pero es importante el área de los nanointermediarios, que vendrían a ser las pymes que se dedican a proveer a grandes empresas de los insumos mejorados mediante nanotecnología. Siguiendo el ejemplo anterior, serían los que producen la pintura especial y se la venden a las grandes automotrices. Ahora, estos nanointermediarios se valen de la otra gran área, que es la de los nanomateriales. En este sector es en el que trabajan los investigadores, y donde se producen ideas, como por ejemplo la vacuna de la que hablábamos al inicio, que se basa en una molécula diseñada y patentada por investigadores del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA).

Nanovacunas

“Nuestra investigación es sobre una vacuna, que estuvimos trabajando con gente de Estados Unidos, de la Universidad de Northestern, Boston”, nos contó la Dra. Ana Laura Zamit, investigadora del INTA, y disertante de la Nanomercosur 2013. Junto con los investigadores estadounidenses, diseñaron una molécula que puede volver doblemente eficiente una vacuna contra la brucelosis ovina. No sólo haría que se necesite menos material para las inoculaciones, sino que también sería más eficiente en proteger a la oveja en cuestión.
Zamit, junto con sus colegas del INTA, trabajan con lo que se conoce como nanovehículos. Se trata de un objeto o partícula de tamaño de entre 1 y 100 nanómetros, que puede ser un polímero, una micela o un liposoma. Hoy en día, estos últimos se utilizan mucho en nanotecnología y en biotecnología, como transportadores de sustancias entre el exterior y el interior de las células. Estas sustancias pueden ser medicamentos o cosméticos.
“A un liposoma podés hacerle que transporte material genético y que lo lleve a una célula. O podés, agregándole moléculas por afuera, hacer que los reconozca específicamente un tipo de célula, no cualquiera”, explicó Zamit. “Lo reconoce porque las células tienen receptores, es como si tuviesen llaves y cerraduras, entonces tienen de éstas para distintas cosas. En este caso, nosotros diseñamos la llave, entonces la cerradura para esta llave solamente la tiene un tipo de células, no todas las células del cuerpo. Entonces, es como que el vehículo va con esta llave y va probando cada cerradura, y en donde abre, entra”, agregó Zamit.
Es decir, no es que sean teledirigidos a control remoto, sino que el vehículo tiene esas llaves, y dentro del cuerpo circula por donde sea que lo hayan inyectado, y en esa zona será reconocido. “Uno manda el nanovehículo, el liposoma, en unas gotas que van a tener un montón de esas pelotitas nano que son los liposomas, y son huecos, entonces en unas pocas gotas, medio mililitro, se ponen millones, y esas pelotitas, en la parte de afuera, van a tener varias de esas moléculas, y las células a su vez tienen varias de esas cerraduras.”
El antígeno de una vacuna apunta exclusivamente a las células dedicadas a la defensa, las del sistema inmune, pero en las vacunas comunes ese antígeno se dispersa por todas las células del cuerpo, como las musculares, por ejemplo, desperdiciando mucho material.
La molécula patentada por el grupo de Zamit permite que esto no suceda, ya que va pegada al liposoma, el nanovehículo, y hace de portera. El antígeno de la vacuna en cuestión va dentro del liposoma. La molécula pegada fuera de éste es la encargada de decir en qué célula debe entrar y descargar el antígeno.
“Las demás células no lo ven. Sí lo van a ver las del sistema inmunológico, y van a dejar entrar su llave en la cerradura, las células dendríticas. Estas células toman esa vacuna del liposoma y generan la defensa”, explicó Zamit. “Así la vacuna va directo a quien es el encargado de defender.” Es doblemente eficiente, se necesita menos material y se desperdicia menos. Lo que permite ahorrar tiempo y dinero. En el área de la veterinaria el costo es más que importante, ya que para una vaca algo de 100 pesos ya no lo van a querer poner, y en una oveja, menos.
Justamente, las primeras pruebas de esta molécula las están realizando con una vacuna contra la brucelosis ovina, que es una problemática común en la Patagonia. Se realizarán las primeras pruebas en el campo de experimentación de Bariloche, junto al investigador Carlos Robles, experto en el tema.

Bionanocompuestos

Otros grupos de investigadores, como los del área de ecomateriales del Intema (Instituto de Investigación en Ciencia y Tecnología y Materiales), de Mar del Plata, trabajan con lo que se conoce como bionanocompuestos, en particular con nanomateriales que se obtienen a partir de los desechos que quedan tras las cosechas, la biomasa. Lo que un productor puede ver como basura puede terminar reciclado como materia prima para nanomateriales. “Por ejemplo, dice la doctora Mirta Aranguren, plásticos reforzados con fibras de madera que se usan en la industria de la construcción o plásticos con agrofibras (plantas anuales) que se usan en la industria automotriz.” Aranguren es coordinadora del área antes citada del Intema, profesora titular de la Universidad Nacional de Mar del Plata e investigadora principal del Conicet.
Aranguren, quien también disertó en la Nanomercosur 2013, trabaja con compuestos a los que se les incorporan elementos de tamaño nanométrico, que en este caso son nanopartículas o nanofibras. Son de origen biológico, por lo tanto renovables, biocompatibles y biodegradables.
“Nosotros hemos trabajado con cristales de nanoalmidón y con cristales de nanocelulosa, como refuerzo y para mejorar las propiedades de barrera a gases y vapores”, nos explicó Aranguren. “La ventaja de estos materiales es que se obtienen de fuentes renovables, que están disponibles en cualquier parte del mundo y en grandes cantidades. Nuestra división se dedica a investigar y desarrollar materiales basados total o parcialmente en la biomasa, vegetal o animal. Es por eso que nuestras fuentes de polímeros son los carbohidratos, las proteínas y los lípidos, y frecuentemente usamos fibras vegetales o de madera como refuerzos o cargas.”
Un producto visible a todo el mundo son esos revestimientos o envolturas que protegen los alimentos. Mediante los bionanocompuestos, Aranguren y su equipo han logrado reforzar las envolturas para alimentos o para productos de limpieza, fertilizantes, etc. Este tema fue una colaboración con el laboratorio de Materiales Compuestos del Departamento de Física de la UBA, y el Conicet gestionó una patente nacional con extensión internacional. Mediante diferentes nanomateriales obtenidos a partir de la biomasa, el equipo de Aranguren ha logrado obtener diferentes nanofibras que permiten reforzar estos envoltorios, mejoran las propiedades de barrera, a la vez que mantienen la transparencia. Son aplicaciones altamente comercializables.

Nanoagro despierta

El área de agroalimentos y agroindustria es una de las áreas definidas como prioritarias para la implementación de la nanotecnología por el Ministerio de Ciencia. Pero por ahora la utilización de la nanotecnología en esta área se encuentra en un estado incipiente, se está aplicando de forma limitada.
Uno de los problemas al que se enfrenta la nanotecnología aplicada al agro es el de las regulaciones. Una gran diferencia entre la utilización en electrónica, por ejemplo, es la parte regulatoria. “Tenés un montón de etapas de prueba, in vitro, con animales, muchas pruebas antes de llegar al producto final”, nos comentó Zamit.
“Están faltando las regulaciones específicas que se exigen para otros temas en la producción de medicamentos y alimentos”, explicó Ricardo Sager. “Por otro lado, mucho del desarrollo que se está llevando a cabo por lo general no se publicita hasta no tener productos disponibles para registrar, patentar y comercializar. Aun así, todo indica que se está incubando un gran potencial de generación a mediano plazo de procedimientos de diagnóstico, de entrega de medicamentos y plaguicidas, donde la nanotecnología hace un aporte clave.”

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