NANOTECNOLOGÍA: Menos es más.

Si prestan atención les contaré cómo la Nanotecnología ya ha llegado a nuestras vidas. En las ciencias aplicadas, también en la medicina, hemos pasado de la escala micro (10 a la menos 6) a la escala nano (10 a la menos 9). Richard P. Feynman ya dijo que la escala micro estaba desfasada pues es como medir la distancia Lerma-Burgos en años luz. A propósito, para ilustrar algo de este mundo de lo pequeñísimo, os dejo la foto de los enanos que confeccioné hace unos años para la fiesta barroca de Lerma. Asistimos a una nueva revolución científica, la de nanomateriales como el grafeno, que tienen propiedades distintas a las del mismo material a escala convencional. Es decir, las propiedades dependerían de la estructura y no de la composición. El grafeno se obtiene exfoliando el grafito hasta conseguir una capa de un átomo de carbono de espesor con los átomos de carbono dispuestos en panal de abeja. Recientemente la Universidad de Burgos organizó unas jornadas en las que empresas como Antolín y Aciturri expusieron su experiencia en este campo. Lo que aún no se conoce es cómo los nanomateriales pueden afectar al organismo puesto que la toxicidad y la persistencia biológica varían con la nueva escala ya que cambia la relación superficie-volumen. Las bacterias –esféricas- presentan la menor relación superficie-volumen para intercambiar mejor información, energía, calor etc… Los nanomateriales se calientan y enfrían más deprisa que los materiales convencionales. Los organismos más complejos, como nosotros, resolvimos este asunto con la eficiencia de los procesos ergódicos para que la información, energía etc… llegue a todos los lugares con la misma probabilidad. Por ejemplo el árbol fractal binario de los pulmones, los capilares, las terminaciones neuronales… Los procesos alométricos en los organismos (crecer sin afectar al metabolismo) permiten que un elefante que pesa cien mil veces mas que un ratón consuma únicamente diez mil veces más. Ahora veamos como cambia la relación superficie-volumen en esta escala: supongamos un cubo de 4 cm de lado: su superficie será de 96 cm cuadrados (4x4x6); su volumen 64 cm cúbicos (4x4x4). La relación superficie-volumen será 1,5:1. Si ahora seccionasemos por la mitad siguiendo los tres ejes del cubo obtendríamos 8 cubos de 2 cm de lado. De esta forma tendremos 192 cm cuadrados y el mismo volumen de 64 cm cúbicos. Ahora la relación superficie-volumen será de 3:1. Si repetimos el proceso será 6:1. El futuro también está en la nanotecnología aplicada a la salud. En medicina se fabrican partículas cerámicas cargadas de fármacos que se activan al llegar a las células tumorales. También se usan nanomateriales para que, a modo de esqueletos, crezcan tejidos cultivados in vitro. Otros avances son la fabricación de cremas de protección solar transparentes. Hasta ahora su componente, óxido de cinc, tenía tamaños superiores a 200 nm por lo que dispersaban la luz visible y manchaban la cara de blanco. Si este compuesto metálico torna a un metamaterial sus propiedddes ya no serán las del cinc convencional sino que tendrá ahora un índice de refracción negativo de las ondas electromagnéticas que es el primer paso a la invisibilidad de la crema. Se ha visto que esta crema, si se ingiere, presenta el doble de toxicidad que la crema convencional. Hasta ahora únicamente usábamos la masa en las exposiciones a los metales (microgramos por m cúbico) ¿Pero cómo investigar la seguridad de nuevos umbrales de exposición si no sabemos sobre qué enfermedades investigar? ¿Cómo regular lo desconocido?

SABOR DE OTOÑO Y OLOR A HUMEDAD

Con el otoño he vuelto a las aulas. Sí, a la Facultad de Ciencias como profesor asociado en el grado de Ciencia y Tecnología de los Alimentos. Y les he dicho a mis alumnos que no se si es una buena idea enseñar pues decía Anton Chejov -el médico y maestro de la literatura universal- que los hombres inteligentes (entiéndase en genérico) lo que quieren es aprender, el resto enseñar. Pero también les he dicho que enseñando se aprende, así es que aquí estoy, de nuevo, aprendiendo sobre sabores y olores.  

¿Sabéis que además de los cuatro sabores básicos (ácido, salado, dulce y amargo) existe un quinto sabor? Pues sí, el del glutamato, sabor producido por la sal de un aminoácido abundante en tomates, espárragos y carne. Es un aditivo y potenciador del sabor. Y, últimamente, los aficionados a la culinaria andan detrás del sexto sabor, el geométrico. Dicen que se producen moléculas sápidas al calentar alimentos a mas de 130 grados centigrados, o bien según su composición en función de la relación hidratos de carbono / proteinas. Pero para sabores os dejo la fotografía de la escuela que me trae a la memoria el sabor dulce de la infancia, de aquellas tardes otoñales, tardes de niebla, de tareas y de juegos en la calle... Pero también el sabor amargo del olvido, el de las persianas bajadas de mi escuela.

Con el otoño también he vuelto a sentir algo que hacía tiempo no experimentaba: ese placer de olor a tierra mojada.
¿Habéis notado alguna vez ese aroma a humedad al pasar cerca de una fuente o tras la lluvia? Es debido a la presencia de una molécula: la geosmina. Esta sustancia alcohólica está producida por bacterias como Streptomyces coelicolor, por algunos hongos Penicillium -que enturbian los aromas de un buen vino- y por cianobacterias del suelo. Los Camélidos detectan esta molécula en el desierto desde distancias de 80 kms. y los cactus la usan como reclamo a los insectos para que así sean polinizados por ellos.

EL MOL, MEDIDA DE CANTIDAD. SEPARAR EL GRANO DE LA PAJA

Aún hoy en día la fanega y el celemín son usados en Quintanilla del Agua como medidas de superficie y de cantidad. Otras medidas, quizás, ya han sido olvidadas, como la arroba -no el signo informático anglosajón que significa "at", sino la antigua unidad de masa del sistema castellano-. Trataré de separar, hasta donde mi ciencia alcanza, el grano de la paja e ilustrar el asunto -he pensado en la beldadora que muestra la foto.

En aras de garantizar la uniformidad y permanencia de las unidades de medida se creó un Sistema Internacional de Medidas (SI). Por este motivo el Sistema Métrico Decimal apareció con la Revolución Francesa y se adoptó en 1795. Las siete unidades básicas de este sistema son: el metro (diezminollésima de la cuarta parte...), el Kilogramo, el segundo, el amperio, el grado Kelvin, la candela y el mol.

Nótese que la cantidad de cualquier sustancia, sean átomos, moléculas, iones..., se mide en moles. Una unidad de masa atómica es la suma de protones mas neutrones que componen el núcleo de esa sustancia. Y como es dificil medir la masa de un átomo en gramos, es por lo que se ha usado, como patrón de referencia, el mol de Hidrógeno que es el elemento químico mas ligero (su masa atómica es 1 gr/mol). Es decir, prácticamente es la masa de un protón (el hidrógeno tiene un protón y un neutrón en su nucleo). De esta forma, un mol de hidrógeno (1 gr/mol de hidrógeno) contiene (6,022) x (10 elevado a 23) átomos de hidrógeno. Este número es el llamado NUMERO DE AVOGADRO.

Entonces... ¿Qué es un MOL?
Un MOL de cualquier sustancia será la cantidad de materia o sustancia que hay en el número de Avogadro de átomos que componen esa sustancia.

Veamos un ejemplo para la práctica. Para conocer los niveles de determinadas sustancias en sangre (bilirrubina, dopamina, glucosa, plomo...) las cantidades especificadas se expresan generalmente en unidades usuales en Estados Unidos (unidades US); así, la plumbemia (plomo en sangre) se mide en microgramos por decilitro. Se aceptan niveles de plumbemia normales en adultos hasta 25 microgramos por decilitro. Pero esta no es una medida del Sistema Internacional para determinar la cantidad del elemento. Por este motivo la determinación en el laboratorio se hace considerando una cifra de normalidad de hasta 1207 nanomoles/Litro.

¿Cómo seremos capaces de pasar, entonces, de moles a gramos, o mejor, de 1207 nanomoles/Litro a 25 microgramos/decilitro?

Deberíamos proceder como sigue:
1207nmol/L / (10 elevado a 9) = (1,207) x (10 a la -7) mol/L. x 207 gr/mol (peso atómico del plomo) = (2,5) x (10 a la -5) gr/L, que x (10 a la 6) = 250 microgramos/Litro = 25 microgramos/decilitro.
También debe notarse que 1 parte por millón de plomo (ppm) será 1 microgramo de Pb por gr de disolvente.

¿Y cuantos gr hay en 5 moles de H2O?

La masa molecular de 1 mol de agua es: (H2)= 1,01 x 2= 2,02 gr + (O)= 16 x 1= 16 gr;
2,02 + 16 = 18,02 gr/mol; 18,02 x 5 moles= 90,1 gr hay en 5 moles de agua.

Actualmente solo se habla de masas molares, pero como había elementos que reaccionaban según su valencia también se han usado y se usan pesos equivalentes. En este caso hay que decir de qué reacción se trata: en reacciones acido base, un mol de ácido es el número de protones H(+)que actúan; y en un mol de base será el número de OH(-). En reacciones redox, un mol es el número de electrones que se ganan o se pierden.
De esta forma, molaridad se refiere a moles de soluto/litro de disolvente y normalidad a equivalentes de sustancia/litro de disolvente.
Un mol de ácido sulfúrico (H2SO4)= 2 eq-gr(equivalentes/gramo)de ácido sulfúrico, porque actúa como 2(H+). Así, una molaridad 0,05 de ácido sulfúrico 0,05(M)equivaldrá a una concentración normal de 0,1(N).