¿Cómo serán las placas solares dentro de veinte años? ¿Con qué materiales funcionarán las baterías del futuro? ¿Podremos desarrollar sensores capaces de detectar fenómenos invisibles del universo o identificar enfermedades mucho antes de que aparezcan los primeros síntomas?
Cuando empecé mi estancia en el Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), estas preguntas me parecían casi de ciencia ficción. Ocho semanas después, he descubierto que forman parte del día a día de los investigadores e investigadoras que trabajan en este centro y que desgranaremos a lo largo de este diario.
El ICMAB está situado en el campus de la Universitat Autònoma de Barcelona, rodeado de otros centros de referencia como el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), el Centro Nacional de Microelectrónica (CNM-CSIC), el Institut de Física d'Altes Energies (IFAE) o el sincrotrón ALBA. Desde el primer momento tuve la sensación de entrar en un ecosistema científico muy especial, donde las fronteras entre disciplinas prácticamente desaparecen y las ideas circulan constantemente entre laboratorios, centros de investigación, tecnologías y personas. Aquí la investigación no piensa en el año entrante, sino en las próximas décadas.
Un instituto que también se construye a partir de las personas
Antes incluso de entrar en los laboratorios, descubrí que el ICMAB también se explica por sus pasillos. Carteles que reivindican científicas demasiado tiempo olvidadas, iniciativas para reducir el consumo de recursos, seminarios dedicados a la inclusión y perspectiva de género, la sostenibilidad o incluso mercados de intercambio de ropa de segunda mano forman parte del paisaje cotidiano del centro. Todo ello transmite la sensación de que aquí la ciencia no se vive aislada del mundo, sino plenamente conectada con los retos sociales.
En el ICMAB la ciencia no se vive aislada del mundo, sino plenamente conectada con los retos sociales
El ambiente es profundamente internacional. Un buen ejemplo es el director del centro, David B. Amabilino. Nacido en el Reino Unido, conversa en un catalán impecable y simboliza muy bien el espíritu del instituto: talento que llega de fuera y acaba integrándose en una comunidad científica abierta al mundo.
Pero si hay un detalle que resume especialmente bien la filosofía del centro es uno muy discreto. Durante los primeros días me llamaron la atención unas pequeñas identificaciones amarillas que algunas personas llevaban colgadas y que también aparecían en la puerta de algunos despachos. Descubrí que identificaban a las personas "radar", una serie de miembros de la comunidad formados para detectar posibles conflictos, orientar a compañeros y compañeras y garantizar que nadie se quede solo ante un problema.
Puede parecer un gesto pequeño, pero dice mucho de la manera de entender la investigación que hay en el ICMAB. Aquí la excelencia científica no depende solo de los resultados, sino también del bienestar de las personas que los hacen posibles.
Cuatro décadas construyendo los materiales del futuro
Una de las conversaciones más especiales durante estas semanas fue con el investigador Elies Molins. Él me explicó cómo fueron los inicios del Institut, mucho antes de la digitalización, cuando muchas de las herramientas que hoy parecen imprescindibles todavía no existían. Con recursos limitados pero una enorme ambición científica, impulsada por figuras como Carles Miravitlles y muchos otros, se empezó a construir un proyecto que acabaría convirtiéndose en un referente internacional en la ciencia de materiales.
Cuarenta años después, aquella apuesta pionera se ha transformado en una comunidad formada por más de 400 profesionales que sigue haciéndose las mismas preguntas de futuro, pero con una capacidad mucho mayor para responderlas. La energía, la electrónica o la medicina son solo algunos de los ámbitos que pueden cambiar gracias a los materiales que hoy se estudian en sus laboratorios. Y mi recorrido comenzó con una pregunta aparentemente muy sencilla: ¿cómo podemos aprovechar mejor la energía?
La nueva generación de energía
La respuesta la busca Mariano Campoy y su grupo. Trabajan en el desarrollo de una nueva generación de células fotovoltaicas orgánicas, mucho más ligeras, flexibles y adaptables que las placas convencionales de silicio. Estos dispositivos, fabricados con moléculas de carbono, podrían integrarse en ventanas de edificios, invernaderos agrícolas o incluso en estructuras destinadas a misiones espaciales. Su laboratorio es capaz de probar cientos de combinaciones de materiales de manera automatizada en muy poco tiempo. Este sistema acelera hasta cincuenta veces el descubrimiento de nuevos dispositivos respecto a los métodos tradicionales y, además, consume mucha menos materia prima. El objetivo final es conseguir una fotovoltaica completamente personalizada: que cada superficie, cada contexto y cada necesidad dispongan del material más adecuado.
Pero muy pronto entendí que generar energía solo es una parte de la ecuación. Si queremos una transición energética real, también debemos ser capaces de almacenarla. Y este es un reto inmenso. Las necesidades son muy diferentes según la aplicación: desde las pequeñas baterías de los teléfonos móviles, con capacidades de unos 15 Wh, hasta las de los vehículos eléctricos, que pueden superar los 50 kWh, o los enormes sistemas de almacenamiento para la red eléctrica, capaces de acumular cientos de MWh para garantizar el suministro.
Una nueva generación de células fotovoltaicas orgánicas más flexibles podrían integrarse en ventanas de edificios, invernaderos agrícolas o estructuras destinadas a misiones espaciales
M. Rosa Palacín y su grupo trabajan precisamente en este futuro. Su apuesta es ir más allá del litio, el material que domina actualmente el mercado, e investigar alternativas mucho más abundantes y económicas como el sodio, el magnesio o el calcio. Descubrí que cada uno de estos elementos plantea retos completamente diferentes. El sodio, por ejemplo, se comporta de manera similar al litio, pero sus iones son más grandes y esto obliga a diseñar materiales nuevos para que funcionen correctamente. El magnesio y el calcio, en cambio, pueden transportar más carga eléctrica, lo que abre la puerta a baterías con una densidad energética muy superior. Todavía hay muchos obstáculos científicos por superar, pero la investigación avanza hacia baterías más económicas, más eficientes, más duraderas y capaces de almacenar mucha más energía.
Una de las mayores sorpresas llegó con el descubrimiento de que las protagonistas de una futura revolución energética podrían ser… unas microalgas. La investigadora Valeria Blanco y su equipo estudian las diatomeas, unos organismos microscópicos capaces de fabricar de manera natural estructuras porosas de silicio de una complejidad extraordinaria. Estas estructuras podrían convertirse en la base de nuevos materiales de almacenamiento, los llamados óxidos de silicio, con una gran capacidad y una elevada estabilidad durante los ciclos de carga y descarga. Las algas marinas, pues, podrían acabar siendo un actor importante de la transición energética, quién sabe…
Cuando los materiales transforman la tecnología
La energía también necesita nuevos materiales para ser transportada y utilizada de maneras diferentes. Aquí conocí la investigación que lidera Marta Mas, centrada en la electrónica orgánica. En lugar de fabricar dispositivos con silicio, trabajan con moléculas de carbono para crear sensores mucho más flexibles, ligeros y adaptables. Las aplicaciones pueden ser enormes. Estos dispositivos podrían convertirse en biosensores mucho más sensibles que los actuales, capaces de trabajar directamente con fluidos biológicos y ofrecer diagnósticos rápidos fuera de los laboratorios convencionales. Es una manera de acercar la tecnología al paciente.
Si hay una palabra que oí repetidamente durante estas semanas es superconductividad. Antes de llegar al ICMAB la relacionaba con conceptos muy teóricos, pero sus aplicaciones tienen un gran potencial. Los grupos de Anna Palau, Joffre Gutiérrez y Teresa Puig trabajan con superconductores de alta temperatura, unos materiales extraordinarios porque transportan electricidad sin ninguna pérdida de energía. A diferencia de los conductores convencionales, presentan resistencia eléctrica nula. Durante muchos años esto solo era posible a temperaturas extremadamente bajas, cerca de los -269 °C. Hoy, gracias a los superconductores de alta temperatura, ya pueden funcionar a -196 °C, la temperatura del nitrógeno líquido, lo que abre la puerta a muchas aplicaciones reales.
Los cables superconductores pueden transportar electricidad sin necesidad de líneas de alta tensión
Las posibilidades son enormes. Estos materiales pueden revolucionar la computación cuántica, permitir construir cavidades capaces de detectar la materia oscura del universo o transformar completamente las redes eléctricas del futuro. De hecho, ya se ha demostrado que los cables superconductores pueden transportar electricidad sin necesidad de líneas de alta tensión.
Pero la conversación sobre superconductores todavía me reservaba una sorpresa más. Gracias a su capacidad de generar campos magnéticos muy intensos, estos materiales podrían convertirse en una pieza clave para hacer posible la fusión nuclear.
La fusión consiste en unir dos núcleos atómicos ligeros, como los isótopos del hidrógeno deuterio y tritio, para formar uno más pesado, liberando enormes cantidades de energía. Exactamente el mismo proceso que alimenta el Sol. Los superconductores permiten generar los campos magnéticos necesarios para confinar el plasma imprescindible para que esta reacción sea posible. Si algún día esta tecnología llega a escala comercial, podría proporcionar una fuente de energía prácticamente inagotable, limpia y segura.
La naturaleza como laboratorio vivo
Siguiendo mi visita descubrí que, a veces, las preguntas más importantes se esconden en los fenómenos naturales. Muchos de los grupos del ICMAB observan cómo funciona la naturaleza para entenderla mejor y, a la vez, inspirar nuevos materiales y tecnologías.
El investigador Albert Verdaguer y su grupo trabajan a escala molecular estudiando la interacción entre el agua y las superficies de los materiales. Su objetivo es entender cómo se forman los primeros cristales de hielo y qué factores hacen que el agua se congele. Uno de los descubrimientos más recientes del grupo apunta a un mineral presente en el polvo en suspensión de la atmósfera que es capaz de aumentar la temperatura a la que se forma el hielo y, a la vez, hacerlo más duradero. Comprender estos mecanismos es esencial para entender mejor la atmósfera, el ciclo del agua y los cambios que experimenta un planeta cada vez más caliente. Fue una de esas visitas que te recuerdan que, detrás de las preguntas más sencillas, a menudo se esconden los grandes retos del futuro.
Pero la naturaleza también nos enseña que muchas veces lo más importante es invisible. Cuando ya pensaba que pocas cosas me podían sorprender, descubrí que algunos materiales no están pensados ni para generar energía ni crear los microchips del futuro, sino para ayudarnos a detectar fenómenos que pasan desapercibidos.
Con el CO₂ supercrítico es posible fabricar nuevos nanomateriales, aerogeles ultraligeros, estructuras porosas para aplicaciones biomédicas o materiales capaces de capturar contaminantes
Martí Gich y su grupo trabajan con ferritas, unos óxidos de hierro con propiedades magnéticas que permiten explorar nuevos fenómenos físicos y desarrollar dispositivos cada vez más sofisticados. El magnetismo, que para la mayoría de nosotros es simplemente lo que hace funcionar un imán de nevera, se convierte en el laboratorio en una herramienta extraordinariamente precisa. A partir de esta tecnología desarrollan biosensores formados por nanopartículas metálicas capaces de detectar contaminantes en el agua en cantidades minúsculas. Mucho antes de que estos compuestos sean visibles o lleguen a provocar problemas, los sensores ya pueden identificar su presencia. Entendí que, muchas veces, prevenir empieza simplemente por ser capaces de detectar.
Esta misma idea de mirar los materiales de otra manera también aparece en la investigación de Concepción Domingo y Ana López-Periago. Para la mayoría de nosotros, el dióxido de carbono es sinónimo de emisiones, contaminación y cambio climático. Para ellas, también es una materia prima. Su grupo trabaja con CO₂ supercrítico, un estado especial en el que este compuesto se comporta a la vez como un gas y como un líquido. Estas propiedades lo convierten en una alternativa mucho más sostenible a los disolventes químicos convencionales. Gracias a esta tecnología es posible fabricar nuevos nanomateriales, aerogeles ultraligeros, estructuras porosas para aplicaciones biomédicas o materiales capaces de capturar contaminantes. Además, también estudian cómo transformar el mismo CO₂ en productos útiles, como el metanol, que puede utilizarse como combustible. Es una idea poderosa: dejar de ver el dióxido de carbono exclusivamente como un problema y empezar a considerarlo también una oportunidad.
Bacterias al servicio de la medicina
A partir de aquí, el foco se desplazó hacia el ámbito biomédico, donde la investigación de nuevos materiales tiene un impacto directo en mejorar la salud. En este contexto, una de las líneas de investigación más sorprendentes es la que utiliza materiales producidos por algunas bacterias.
Se trata de la celulosa bacteriana, una sustancia natural formada por una red de fibras muy resistentes, biodegradables y biocompatibles. Es ligera, flexible, transparente y capaz de retener grandes cantidades de agua. El grupo Nanoparticles and Nanocomposites estudia este material para desarrollar apósitos avanzados que favorezcan la cicatrización de heridas, sistemas de liberación controlada de fármacos y aplicaciones de medicina regenerativa. Por otro lado, el grupo de Anna Roig trabaja en un innovador tratamiento para la sequedad ocular. La idea es crear una especie de "parche" formado por celulosa bacteriana y ácido hialurónico, capaz de mantener hidratada la superficie del ojo durante periodos mucho más largos.
Hay elementos químicos que esconden un potencial extraordinario, y el boro es un buen ejemplo de ello. El grupo de Rosario Núñez lleva años explorando sus posibilidades y nunca ha dejado de trabajar en ello. Hoy desarrollan nuevos compuestos que pueden llegar de manera selectiva a los tumores, un requisito clave para la terapia por captura de neutrones con boro (BNCT), una estrategia que busca destruir las células cancerosas con gran precisión. Además, estas mismas moléculas también se pueden utilizar para obtener imágenes de las células o para eliminar bacterias mediante la acción de la luz.
Antes de que cualquiera de estos materiales llegue a los hospitales, sin embargo, hay que demostrar que es seguro. Y aquí conocí a uno de los protagonistas más sorprendentes de toda mi estancia. Se llama Caenorhabditis elegans. Es un pequeño gusano transparente de aproximadamente un milímetro de longitud que se ha convertido en uno de los organismos modelo más importantes de la biología. Su transparencia permite observar qué pasa en el interior de su organismo en tiempo real. Además, se reproduce muy rápidamente y es fácil de mantener en el laboratorio.
Anna Laromaine y su grupo lo utilizan para estudiar la seguridad de los biomateriales basados en celulosa antes de que estos puedan llegar a los pacientes. Nunca habría imaginado que un animal tan pequeño pudiera tener un papel tan relevante en el desarrollo de nuevas terapias.
La revolución de la nanomedicina
Una de las otras palabras que oí mucho durante estas semanas fue nanomedicina. El gran reto de la cual es conseguir que un medicamento llegue exactamente donde debe actuar, sin perder eficacia durante el trayecto. En el grupo Nanomol-bio, que también pertenece al Centro de Investigación Biomédica en Red – Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), es lo que hacen. Un grupo formado por diferentes líneas de investigación orientadas a diseñar estructuras a escala nanométrica capaces de proteger, transportar y activar moléculas dentro del organismo. Algunas funcionan como auténticos vehículos moleculares.
Una de estas líneas la lleva Elisabet González. En su grupo desarrollan nanovesículas capaces de encapsular enzimas terapéuticas y facilitar su llegada a las células diana, una estrategia que podría mejorar el tratamiento de enfermedades minoritarias como la enfermedad de Fabry. Por su parte, Mariana Köber y su grupo investigan cómo transportar ácidos nucleicos, fluoróforos y otras sondas fluorescentes que permitan visualizar procesos biológicos o detectar biomarcadores de enfermedad. Judit Morlà trabaja en el diseño de nanovesículas capaces de sensibilizar los tumores a los tratamientos oncológicos.
Mientras tanto, en algunos casos, estas estructuras no solo transportan el tratamiento. El tratamiento es el mismo nanomaterial. El grupo de Imma Ratera estudia moléculas con capacidad de autoorganizarse en nanoestructuras funcionales, que dan lugar a materiales avanzados con aplicaciones en el ámbito hospitalario, como recubrimientos o instrumental médico, ya que pueden incorporar propiedades específicas, como la actividad antimicrobiana, para contribuir a reducir infecciones y mejorar la seguridad sanitaria. Y el grupo de Paula Mayorga desarrolla nanomoléculas y nanoenzimas capaces de responder a estímulos externos como la luz. Cuando se activan, generan especies reactivas capaces de eliminar de manera localizada células tumorales o microorganismos patógenos.
Un mismo objetivo: los materiales del futuro
Después de visitar decenas de laboratorios me di cuenta de que, a pesar de trabajar en campos muy diferentes, todos los grupos compartían una misma manera de entender la investigación y un mismo objetivo: diseñar los materiales que harán posible la sociedad del futuro.
Sin embargo, la ciencia no la hacen solo los investigadores principales. Nada de lo que he visto sería posible sin las plataformas científicas, el personal técnico, los equipos de administración y servicios y todos los estudiantes que forman parte del día a día del Instituto. Precisamente hablando con algunos de estos estudiantes descubrí que muchos todavía no saben cuál será su futuro. Otros sí que lo tienen claro. Pero estoy convencida de que todos se marcharán con una cosa en común: una manera de trabajar, de hacerse preguntas y de no conformarse con la primera respuesta. Y esta, probablemente, es una de las aportaciones más valiosas que puede hacer un centro de investigación que mira al futuro.
Después de haber conocido el centro desde dentro, no me sorprende que el ICMAB haya renovado repetidamente la acreditación Severo Ochoa, el máximo reconocimiento a la excelencia científica del Estado. Durante estas semanas he entendido que mantener este nivel no depende únicamente de publicar buenos artículos científicos o de disponer de equipamientos punteros. Hay que crear un entorno capaz de atraer talento, fomentar la colaboración y conseguir que las personas quieran quedarse. Y tengo la sensación de que este es precisamente uno de los grandes puntos fuertes del ICMAB.
El gran reto de la nanomedicina actual es conseguir que un medicamento llegue exactamente donde debe actuar, sin perder eficacia durante el trayecto.
Cuando salí por última vez del edificio, me detuve unos instantes delante de la entrada. Allí está la representación de la aerinita, el mineral del cual aquí se resolvió por primera vez la estructura cristalina. Puede parecer solo una pieza simbólica. Pero después de todo lo que había vivido, la miré de otra manera. Representa un hito científico, sí. Pero también simboliza una manera de hacer investigación que continúa muy viva.
Y ya para acabar, durante estas ocho semanas también he podido ver cómo el conocimiento que nace en los laboratorios se transforma en innovación real: nuevas empresas, patentes, spin-offs y tecnologías con capacidad de llegar a la sociedad y generar impacto han nacido en el ICMAB. Un buen ejemplo de este proceso también es la distinción TECNIO de la Generalitat otorgada al grupo Nanomol-Bio, que reconoce aquellas líneas de investigación que dan el paso de la investigación hacia su transferencia al mercado. Aunque todos los grupos con los que he hablado me han explicado que todavía quedan retos importantes en el campo de la transferencia de tecnología, me llevo de esta experiencia, la convicción de que el ICMAB tiene el talento, la creatividad y la comunidad necesarios para continuar convirtiendo las preguntas de hoy en las innovaciones de mañana.
Y yo, desde ahora, las seguiré muy de cerca para continuar explicándolas.
Hasta la vista, ICMABers.
Dra. Núria Coll Bonfill, divulgadora científica y directora de 7Ciències