En 2004, dos “investigadores de fin de semana” (1) -André Geim y Konstantin Novolesov-, consiguieron, a partir del grafito de un lápiz que depositaban con imaginable cuidado sobre una cinta de alto poder adhesivo, una lámina bidimensional de una extraordinaria flexibilidad y dureza.
El material tenía, además, una cualidad muy especial: su capacidad conductora de la electricidad alcanzaba niveles desconocidos hasta entonces. Comenzó a hablarse del grafeno. Seis años después les fue otorgado a ambos científicos, el premio Nobel de Fïsica por sus investigaciones.
Fascinados por esas cualidades del nuevo material, han sido numerosos los investigadores que se dedicaron, y dedican, desde entonces, ha analizar el grafeno, sus propiedades, sus usos posibles, aquellos que aprovechen esas cualidades.
Cuando la crisis del carbón suponía abocar al cierre de las minas asturianas, parecía que una de las líneas obligadas de investigación a abordar por el Instituto Nacional del Carbón (Incar) que había suscrito páginas muy brillantes sobre las propiedades de carbones y hullas, sería el estudio del grafeno y su aplicabilidad. Desde mi modesta plataforma mediática -conferencias, blog, propuestas para activar el desarrollo regional-, así lo propuse desde hace más de una década, junto con otras personas más cualificadas.
El Incar quedó adscrito al CSIC y sus líneas de investigación quedaron señaladas desde esas alturas de naturaleza misteriosa, voluble, precaria y ocasional que rigen la ciencia en nuestro país. Hay que anotar que la química Rosa Menéndez, dirigiendo un pequeño equipo que se dedicó tempranamente a investigar sobre el grafeno, consiguió, junto a ciertos logros no muy relevantes, notoriedad y proyección suficiente para alcanzar la presidencia del Incar y, hace un par de años, ser nombrada Presidente del CSIC. En una conferencia que pronunció en el Club de Prensa de la Nueva España, para conmemorar el 75 aniversario de la creación de ese organismo, la doctora Menéndez enunció enfáticamente: “No sabemos a donde va a llegar el grafeno, seguramente mucho más lejos de lo que podemos imaginar”.
El 16 de diciembre de 2020, con el patrocinio de Cosmo Caixa, Elisabet Prats-Alfonso, (2) investigadora del CSIC, con el apoyo como moderadora de Valentina Raffio, protagonizó una video conferencia sobre el tema: “Secretos del grafeno”, a la que no dudé en apuntarme, y cuyo desarrollo seguí atentamente.
Este Comentario se nutre como eje director de lo expresado en esa charla, que se llevó a cabo de forma muy dinámica, pues se trasladaron a la conferenciante las preguntas formuladas por los asistentes, a todas las cuales contestó como bien pudo, dejando claro, con su modestia y honestidad encomiables, que ignoraba muchos aspectos de la realidad que afecta a este material, pues su investigación se circunscribía a aspectos muy concretos. Me he permitido complementarlo, para satisfacer mi curiosidad y la del lector que no tenga información actualizada, con el acceso a diversas fuentes, utilizando la red.
Tenemos en España “varios productores de grafeno”. Quizá el más importante es Graphenea, con sede en el País Vasco. La iniciativa europea de mayor entidad es la llamada Graphene Flagship, con sede en Manchester (la Universidad en donde trabajan los premiados con el Nobel), que fue creada en 2013, para desarrollar un proyecto a diez años vista. La Unión Europea invirtió mil millones de euros en la iniciativa, en la que participan varias empresas europeas.
Entre ellas, figura la multinacional italiana (propietaria de Endesa), Enel, a través de la Enel Green Power, que dirige el proyecto Core 3 Spearhead Project Grapes. La responsable de ese proyecto es Marina Foti, que trabaja en la fábrica 3SUN de Catania, y que fue designada recientemente directora del proyecto Grapes, Graphene Integrated Perovskite Silicon Tandem Solar Cells (Células solares en tándem de silicio-perovskita integradas con grafeno).
Con ese trasfondo, se justifica una de las primeras preguntas que se formularon a la conferenciante: “¿Podría emplearse el grafeno para captar energía solar?”. La respuesta fue genérica y en parte, evasiva: “Se esta investigando su uso, para fabricar celdas fotovoltaicas, en placas solares, el fulereno, que es un primo hermano del grafeno, constituido también por átomos de carbono, si bien de forma esférica, como una pelota de fútbol”. “Ya hay compañía pioneras en el desarrollo de ese tipo de baterías”- En internet localicé a Elecjet con su Apollo Traveler y los power banks «Real Graphene» de G-Pro que utilizan una batería de iones de litio mejorada con grafeno; en su versión de 2000 mAh cuesta 60 dólares. (3)
En cuanto a las aplicaciones concretas, la conferenciante reconoció que “corremos el riesgo de que el entusiasmo supere la línea de la realidad y la ficción.” Se están indicando aplicaciones inverosímiles y asistimos, en este como en otros campos, a la difusión de noticias falsas. “Cuando hay algo muy puntero, todos quieren trabajar en ese campo. El grafeno no va a salvar el mundo ni va a servir para todo”. Se refirió como hecho “más llamativo” a la anécdota de una empresa de Murcia que anunció tener una batería de grafeno, consiguiendo que “los chinos” invirtieran en ella. “Todo fue humo”.
Prats se detuvo, por fin, en su trabajo de investigación: la creación de interfases neuronales con grafeno, para conectar cerebro y ordenador. Los investigadores de su grupo multidisciplinar realizan implantes neuronales de transistores basados en grafeno, instalados en una aguja flexible que se implanta en el cerebro. Gracias a ellos se puede entender mejor la esencia de la epilepsia y otros fenómenos del cerebro, como el Alzhemer. Elisabet Prats está encargada, como relacionada con su formación académica, de analizar la parte química de la relación eléctrica.
A la conferenciante se le interrogó también sobre la “Biocompatibilidad de las diferentes formas de grafeno”. Especificó que el la Graphen Flagship hay una rama investigadora dedicada a evaluar la toxicidad y otra la biocompatibilidad. “Insertamos en el cerebro agujas flexibles. La participación del grafeno es escasa, pero hay que garantizar la biocompatibilidad. El grafeno cvd, que es el que utilizamos, parece ser bastante compatible” (5).
“En otros estudios, el grafeno se utiliza junto a fármacos en formulaciones diversas de las que algunas no tienen toxicidad, aunque, como en todo, hay que conseguir ganancia respecto a la biotoxicidad, pues la dosis de quimioterapia es muy tóxica al organismo, pero se debe valorar el beneficio. En la plataforma Flagship de estudian diferentes combinaciones de grafeno, algunos tóxicos a nivel de ecosistema, buscando la fórmula menos agresiva.”
¿Por qué habéis optado por el grafeno y qué ventajas tiene este material desde el punto de vista de la interface neuronal?, fue otra de las preguntas. “Nosotros no inventamos la interface neuronal, que ya existía, aunque se realizaba con agujas rígidas. El grafeno daba flexibilidad, para la parte activa tiene que ser también flexible. Además, con el grafeno se consigue transparencia, capacidad para realizar optogenética, activando unos genes a través de la luz. Pero lo más importante, es que, con los transistores podemos multiplexar, es decir, poner muchos puntos de medida, lo que evita tener perforaciones al cerebro. Ponemos una especie de manta capaz de captar muchas señales neuronales y seguimos el camino de la señal en el cerebro”
Como fue publicado en la revista Nature, descubrir este tipo de señales en cerebro fue una sorpresa. Por el mapeo observaron que las señales que podían registrar eran lentas, y se podía provocar una especie de reset del cerebro con una frecuencia muy baja, lo que no podía conseguirse con otros materiales. Se ha obtenido así mucha información para los neurofisiólogos (aplicable a casos de migraña, epilepsia, etc.). La investigación prosigue. Tenemos una herramienta para medir señales eléctricas que antes no se podían evaluar.
¿Mejorará vuestra investigación la salud de los pacientes?, fue la agresiva pregunta que surgió del público que seguía la conferencia, y que se completó con esta otra: ¿A qué público intentáis llegar? Elisabet mantuvo su perfil modesto: “Intentamos poner a disposición de fisiólogos, médicos, neurólogos, etc., herramientas que faciliten su trabajo. El cerebro es el gran enigma. Es necesario saber decodificar señales, y por eso buscamos herramientas que permitan medir parámetros fisiológicos y que den pistas a los neurofisiólogos.
¿Cuál es la predicción que puede indicarse para poder realizar ensayos clínicos en humanos? “Al proyecto le quedan aún tres años, y sería ideal que los resultados obtenidos se pudieran usar en un ensayo clínico. Estamos en ese camino. Pero más que para aplicarlo, sería para seguir estudiando. En el caso de la migraña, por ejemplo, el médico no puede realizar una analítica, pero no hay parámetros que la midan. Se estudia si hay componentes genéticos, Igual sucede para el Alzheimer. Como el grafeno es muy versátil, podemos fabricar una aguja multifuncional, y además de registrar podemos estimular. También prodríamos liberar fármacos…estamos en ese camino”
Sobre la cuestión de la divulgación de resultados, indicó: “Los investigadores nos movemos en una fina línea. Necesitamos divulgar lo que hacemos, porque realizamos la investigación con financiación pública. Es verdad que debemos hacerlo con lenguaje más sencillo, y cuidando de no crear falsas expectativas. Hay que dejar claro que no estamos haciendo una fake ciencia, pero al mismo tiempo, aclarar que hay que tener paciencia. El desarrollo depende de la financiación, del número de investigadores, de los recursos de todo tipo.”
La moraleja que la investigadora y la moderadora obtuvieron como colofón de la charla fue que “ciencia, paciencia e inversión son necesarios para avanzar desde la ciencia básica, para llegar más allá de lo que se entiende por ensayos de laboratorio. Los proyectos multidisciplinares son imprescindibles. En el 2004, dos desconocidos entonces, obtuvieron grafeno con muy pocos medios. Hemos avanzado mucho, y más que se avanzará”.
Notas
(1) Se dedicaron a investigar, un tanto a ciegas, en los laboratorios de la Universidad (entonces en Holanda), los fines de semana, fuera de cualquier programa oficial.
(2) Integrada en el grupo de Aplicaciones Biomédicas del IMB.CNM, dirigido por la Dra. Rosa Villa y el Dr. Anton Guimerà,
(3) Según el informe Nanoplatelets Ventas 2020-2026 (inquiry@market.us, N.Y.) sitúa entre las empresas productoras más importantes del mundo, las siguientes: CVD Equipment Corporation, Angstron Materials Inc, XG Sciences # Inc., ACS Materials LLC, Group NanoXplore Inc., Thomas Swan & Co. Ltd., Directa Plus PLC, Graphene Laboratories Inc., Xiamen Knano Graphene Technology Co. Ltd., y Haydale Graphene Industries I.
Xiaomi ha anunciado este mes nuevos productos, incluida la promoción de sus nuevas baterías de grafenos, que ya empezó a incluir en sus móviles, con el Xiaomi Mi 10 Ultra. El terminal cuenta con una batería de 4.500 mAh y una potencia de carga de 120 W, que permite cargarla completamente en apenas 23 minutos. Después de 800 ciclos de carga y descarga, la capacidad de la batería se mantiene por encima del 90%. Los electrodos de grafeno están deslocalizados dentro de la batería, para conseguir la máxima conductividad, mejorando la superficie de contacto respecto al grafito. El grafeno, al conducir mejor el calor, lo disipa con mayor rapidez, ayudando a la conservación de la batería. El problema principal subsiste en la fabricación y almacenamiento del grafeno.
