Diálogo con científicos argentinos: Ernesto Calvo

Química sin tubos de
ensayo

Por Leonardo Moledo

–¿Cómo es eso de la química sin tubos de ensayo?
–Bueno, fíjese que desde la Segunda Guerra mundial hacia acá hubo un extraordinario desarrollo de la química. En cierto modo, la química fue la vedette, como la física en la primera parte de este siglo o la biología molecular en los sesenta, y así lo percibió la sociedad. Produjo polímeros, fertilizantes, (y por ende la revolución verde), medicamentos...
–... armas...
–También. Y la sociedad percibió al químico como el tipo que hacía todas esas cosas en un laboratorio con retortas, vidrios, tubos de ensayo. Era la química de laboratorio. Ahora bien, ¿qué pasó en los últimos años?
–¿Y qué pasó?
–Terminó la guerra fría.
–Sí, eso dicen.
–Y la sociedad empezó a ver a la química como responsable de contaminar y ensuciar el mundo.
–Parece que siempre hace falta un enemigo, pero la verdad es que un poco ensucian, ¿no?
–Sí pero la química también es la única que sabe medir la suciedad, dónde esta sucio y cómo remediarlo.
–Bueno, es una suerte.
–Decía que se empezó a ver a la química como la que ensucia. Se redujo la matrícula en todo el mundo (salvo Japón, por la industria electrónica). Sin embargo, la química se expresa en la ingeniería de materiales, en la biología molecular, en la biotecnología, en la microelectrónica, que no podrían existir si los químicos no entendieran cómo manipular las moléculas. Hubo algunos desarrollos muy importantes y recientes que cambiaron la escala. Cuando yo estudié química en esta Facultad no podía imaginar lo que le escuché a Peter Atkins en 1980 en Londres...
–A ver...
–Sabemos que los átomos y las moléculas existen porque los podemos ver. Ahora, en 1999 no sólo los podemos ver individualmente, con el microscopio de túnel, sino que los podemos mover, ensamblar y armar cuerpos moleculares como un mecano o un lego, dependiendo de cuál es mi audiencia.
–Ah, yo todavía juego con legos...
–Hablo de la irrupción de la nanotecnología.

Nanotecnología
–Explíqueme bien...
–Objetos tecnológicos un millón de veces más chicos que un milímetro. El mercado mundial para el año dos mil de productos nanotecnológicos ha sido estimado en cien mil millones de dólares.
–¿Pero qué productos?
–Medidores de aceleración para los coches, sensores, biosensores, instrumentos de cirugía que puedan circular por el torrente sanguíneo en un futuro y luego se destruyan y el gran desafío, computadoras moleculares, cuando la tecnología del silicio quede obsoleta alrededor del 2007 o el 2010.
–Usted me habla de cosas muy chicas, pero no se ve por qué una de esas cosas representa una ventaja tan grande...
–... motores de una sola molécula y fábricas que procesen una molécula por vez.
–¿Y eso qué es? ¿Moléculas de qué? ¿Cómo es un motor de una sola molécula?
–Uno puede imaginarse un medicamento, que se fabrica en un tubo, en un balón, se fabrican gramos o kilos. Si pasáramos a fabricar molécula por molécula, en una línea de producción de tamaño molecular, bajaría enormemente la inversión de capital en la fábrica, porque las fábricas serían como chips. O sensores químicos, sensores que miden la cantidad de moléculas con altísima especificidad. Los grandes laboratorios ya están investigando el uso de estos chips para hacer mapeo de medicamentos. Imagínese un chip que tenga diez mil pozos, diez mil agujeritos de volumen tan pequeño que cada uno aloja una célula cancerosa y un medicamento levemente diferente uno a otro, y un nanosensor mide la diferencia de comportamiento. Y una computadora con inteligencia artificial puede procesar esa enorme información y decidir por química combinatoria cuáles son efectivos y cuáles no. No hablamos de ciencia ficción, hablamos de cosas en las cuales se está invirtiendo mucho dinero.
–Ayer estaba leyendo el libro de un sociólogo de la ciencia donde decía que todas esas cosas en realidad no existen, son simples construcciones sociales, juegos de poder y trampas que se tienden los laboratorios.
–Pregúntele a un diabético. Esas cosas yo las veo, las toco y la sociedad las usa.
–Y las empresas patentan esos juegos de poder.
–Motorola va a comercializar en dos años el Lab on the chip. Entonces, ¿qué es química sin tubos de ensayo? La mezcla de la química con la microelectrónica. Con una gota de sangre del paciente, en 20 segundos se tienen todas la variables del paciente y todos los datos que el médico necesita. Otros ejemplos de lo mismo: nariz electrónica para catar cervezas, cafés, oler vacas con acetonuria.... es un arreglo de sensores múltiples que miden inespecíficamente y luego por técnicas de inteligencia artificial se pueden distinguir dos clase de cerveza o de café, o la homogeneidad de partidas. El Dr. Martín Negri, aquí, en la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA ha desarrollado una, y más bien es electrónica y mecánica que un juego de poder. No sé si huele sociólogos todavía.
–Si llega a oler sociólogos de la ciencia por lo menos, se descompone.
–Inmunosensores de Chagas o de HIV con aplicaciones tan variadas como medio ambiente, salud o alimentos, que pueden ser comercializados por pymes, no sólo por las grandes compañías. Se construyen con la misma tecnología serigráfica (de estampado con tintas) que se usa para hacer camisetas.
–Se imprimen.
–Sí. También pueden integrarse a tecnología del silicio, a chips del silicio, que puede tercerizarse en el exterior. Chips de ADN para detectarenfermedades genéticas o cáncer, ya empiezan a ser una realidad. Podemos llamar a todo esto ingeniería molecular. Para que esto funcione y se haga realidad en la Argentina necesitamos del trabajo interdisciplinario de químicos, ingenieros electrónicos, biólogos.
–Mientras no incorporen sociólogos, van a seguir avanzando.
–Creo que hay suficientes problemas de desempleo y de encuestas de opinión como para entretener a los sociólogos con lo que saben hacer bien.
–No, si yo no tengo nada contra los sociólogos. Mi mejor amigo de la infancia era sociólogo.

Adaptarse a la electrónica
–Para hacer estos sistemas nanotecnológicos la química tiene que adaptarse a la electrónica e introducir el concepto de organización que tiene la biología. Imagínese moléculas pequeñas, que se organizan para dar nucleótidos, proteínas, ácidos nucleicos, tejidos, órganos, organismos. De la misma manera, átomos y moléculas que se organizan para dar materiales con los cuales se hacen transistores, que se integran en circuitos, que a su vez forman parte de computadoras. Esa química sin tubos de ensayo es la que tenemos que aprender para construir dispositivos moleculares como transistores que reconozcan glucosa y produzcan una señal eléctrica.
–No parece fácil.
–Y no lo es. Hay desafíos científicos muy grandes. Queremos poner las moléculas donde las necesitamos y no donde van a ir espontáneamente. Es interesante, porque esto de armar moléculas específicas, construir y jugar con átomos...
–¿...?
–Permite construir estructuras muy complejas. Mirkin, en Estados Unidos, agarró una secuencia de ADN, les pegó una nanoestructura de oro o de semiconductor, una pelotita de 5 nanómetros, y luego, con una técnica especial, formó la doble cadena espontáneamente, obteniendo un cuerpo molecular en tres dimensiones, donde cada pelotita estaba exactamente espaciada de las otras en una red tridimensional.
–¿Y para qué hizo eso?
–Por ejemplo, para almacenar información, hacer una memoria en una computadora molecular. Podemos hacer memorias, transistores, chips, receptores manipulando las moléculas.

Memoria molecular, autos y bebés
–¿Y cómo guarda la información una molécula?
–Tiene muchas formas, cambiando alguna propiedad. Hasta ahora las computadoras están basadas en dos estados posibles, las moléculas pueden almacenar cientos o miles de estados vibracionales o electrónicos. Acá hay un punto interesante... los átomos artificiales,
–Es decir...
–Agregados de cientos de átomos por ejemplo de carbono, y que no se comportan como un material en volumen ni como un átomo individual han sido la curiosidad de los físicos. Son grupos de átomos, de muchos átomos cuyas propiedades son intermedias, entre los átomos individuales y los materiales formados por más de 100. 000. 000. 000. 000.000. 000. 000. 000 átomos.
–Unos cuantos, por cierto...
–Sirven como materiales de memoria, para almacenar estados, o sirven para producir emisión de luz... tienen un tamaño comparable a la longitud de onda de un electrón y permiten hacer transistores de un sólo electrón que se espera constituyan los circuitos electrónicos de los próximos dieza treinta años. Se calcula que para el 2030, esto ya va a estar en estado de tener productos que se van a ver en el mercado.
–Y en el supermercado.
–Literalmente. Muy próximamente en cada góndola de supermercado habrá sensores que detecten moléculas que revelan si se cortó la cadena de frío en algún alimento. La computadora que tienen los autos más modernos, con carburador electrónico, recibe señales de sensores que miden la temperatura, la posición del pistón y la concentración de oxígeno, y optimizan la combustión, y en esos sensores (el sensor consiste en un semiconductor de óxidos de zirconio que cambia su resistencia eléctrica con el contenido de oxígeno en la mezcla de aire y nafta) hay química sin tubos de ensayos. Cuando nace un bebé, puede monitorearse la concentración de oxígeno a través de la piel con un sensor basado en los mismos principios.
–¿Cómo es el sensor para un bebé?
–Las moléculas de oxígeno toman electrones de un microlectrodo metálico y se transforman en agua oxigenada, y la corriente que circula mide la concentración de oxígeno y garantiza que no haya sufrimiento fetal. De la misma manera se mide el anestésico que recibe la madre en la sangre del bebé. Hay una tendencia en los hospitales a tener un biochip que sea un sensor múltiple, que con una gota de sangre permite medir sodio, calcio, potasio, pH, urea, colesterol, glucosa, instantáneamente, en una pantalla.

Laboratorios y materiales inteligentes
–Bueno, no hacen falta tubos de ensayo...¿y cómo son los laboratorios de este tipo de química?
–Más parecidos a laboratorios de física o ingeniería electrónica, en lugar de tener alambiques de vidrio, hay líquidos circulando por canales de uno a diez diezmilésimos de milímetro y expuestos a máquinas moleculares dentro de cosas que van a parecerse a computadoras en lugar de alambiques.
–¿Qué hubiera dicho Lavoisier?
–Justamente, esto se puede hacer por el trabajo que hicieron muchos químicos con tubos de ensayo, que permitieron entender las propiedades de las moléculas para poder dominarlas.... La química no desapareció, no podría haber biología molecular sin química..
–¿Y por qué sigue siendo química?
–Porque química es entender los sistemas a nivel molecular, se usa todo lo demás, pero la impronta es comprender, manipular y manejar moléculas, medir, predecir sus propiedades y ensamblarlas en bloques para hacer materiales de propiedades predefinidas, materiales inteligentes
–Materiales inteligentes...
–Materiales que se adaptan a los requerimientos de la ingeniería, polímeros conductores, sistemas optoelectrónicos, sistemas que puedan comunicarse con luz y que puedan hacer un trabajo químico determinado.

Treinta años no es nada
–Hay distintas cosas, lo que vamos a ver ya, como éstas, y lo que vamos a ver dentro de 30 años.
–¿Qué vamos a ver dentro de 30?
–Motores de una sola molécula, que copian el mecanismo de cilias de organismos unicelulares, pero son totalmente sintéticos, y que mueven, como engranajes, moléculas de a una. Ya se hizo una molécula que gira continuamente en un sentido, como si fuera una rueda, al ser iluminada con luz ultravioleta, y entonces podría transportar moleculitas más chicas, de a una, en una línea de producción en nano escala como lo había predichoDrexler. Son fábricas moleculares... yo estuve en Pekín en el ‘95 y los tipos estaban fabricando engranajes moleculares y motores moleculares...
–Hablando de Pekín... ¿y en la facultad?
–Autoensamblamos moléculas para hacer biosensores y las miramos individualmente con microscopios de fuerza atómica y túnel, pero tenemos que hacerlo con físicos que desarrollan esos microscopios y con biólogos moleculares que conocen las propiedades de esas biomoléculas. Y ahora estamos empezando a incorporar ingenieros electrónicos que puedan procesar señales que generan estas moléculas. Al fin y al cabo, el glucómetro que se desarrolló en Cambridge y que Abbot compró en 1600 millones de dólares, y que se usa para los diabéticos, es algo que se hizo en un laboratorio como el nuestro de la facultad, no mucho más. Nosotros jugamos ese juego, ese juego entre la búsqueda de conocimiento y la solución de demandas sociales, como en el Galileo de Brecht... y lo juegan nuestros colegas en el mundo desarrollado todo el tiempo, los mismos que publican en Nature y Science patentan esas ideas.

El efecto 2030
–Me está hablando del 2030, y esas cosas... Impresiona un poco.
–Si no reforzamos la investigación básica ahora, vamos a ser analfabetos quizás en el 2010, o en el 2030. La gente de Motorola, del departamento de prospectiva, y que está instalando un laboratorio en Brasil, vino a ver qué gente tenemos. Visitó La Plata, Bariloche y nuestra Facultad para discutir estos problemas.
–O sea, hay gente que tiene visión.
–Y que piensa que lo que se hace en la Argentina puede servir. Lo que pasa es que nuestros políticos son ignorantes del valor económico de la ciencia, que no se compra, sino que debe desarrollarse en la sociedad. Si de repente en el 2010 dicen “quiero tener ciencia” no se puede hacer de repente. Están pensando en el dos mil tres.
–Tal vez el día en que la Bolsa de Buenos Aires se interese por estas cosas, empezaremos a ver un cambio....
–El futuro, aunque parezca mentira, se decide en los laboratorios.