La nanotecnología, considerada como una tecnología facilitadora esencial (TFE), juega un papel fundamental en el desarrollo de nuevos de productos y procesos en una amplia gama de sectores industriales, promoviendo la innovación y el progreso tecnológico del tejido industrial de manera significativa.

Beatriz Lopéz Casorrán - ITENE

 

 

Su importancia radica en las extraordinarias propiedades ópticas, mecánicas, magnéticas, eléctricas, térmicas y/o biológicas que presentan los nanomateriales (NMs), entendidos éstos como materiales en el intervalo de tamaños entre 1 y 100 nm (1 nm = 10-9 m), y cuya incorporación en productos como cosméticos, plásticos, cementos, pinturas o dispositivos médicos, permite obtener propiedades nuevas o mejoradas.

 

En la actualidad, en el mercado hay más de 5.000 productos catalogados como nanomateriales. En términos de producción industrial, destacan por su aplicación y presencia en el mercado NMs como plata AgNPs, alúmina (Al2O3), los óxidos de hierro (Fe2O3 y Fe3O4), sílice (SiO2), titanio (TiO2) o Zinc (ZnO), nanoarcillas y nanocelulosa (Tabla 1):

 

Tabla 1. Principales NMs y aplicaciones

 

Las aplicaciones en el sector del packaging son de especial interés, representando hasta un 20 de las aplicaciones nanotecnológicas (Global Market Insights, 2018), y permiten obtener materiales de envase inteligentes, activos frente a patógenos o con mayor durabilidad gracias a la incorporación de nanoarcillas o grafeno.

Las expectativas de crecimiento esperado para las aplicaciones de la nanotecnología, con un valor de mercado global actual estimado en 2 billones de euros (CDTI, 2018), se han visto frenadas en los últimos años por la conjunción de 4 aspectos fundamentales, incluyendo la necesidad de garantizar la funcionalidad de los NMs en productos acabados los altos costes de los NMs presentes en el mercado, la incertidumbre relativa a los potenciales efectos nocivos de los NMs en la salud de las personas y el medio ambiente y la aparición de procedimientos de aprobación en el marco regulador de la Unión Europea (EU).

 

Frente a esta situación, factores clave como la apuesta de la política industrial europea por acelerar los procesos de explotación de la nanotecnología para el crecimiento industrial y el empleo, la publicación de nuevos datos científicos sobre los efectos de los NMs en la salud y la aparición de nuevas metodologías y técnicas para la mejora de producción y la gestión del riesgo, permiten estimar un futuro alentador para la nanotecnología: una tasa de crecimiento anual (CASG) superior al 20% para los próximos 4 años (según la consultora Mordor Intelligence) y aplicaciones que contribuirán extraordinariamente al desarrollo de nuevos productos que permitan abordar los grandes retos a que se enfrenta el tejido industrial y la sociedad en los próximos años.

 

Retos de la Nanotecnología

 

Aspectos regulatorios

El marco regulador europeo establece diversas disposiciones directamente aplicables a los nanomateriales, incluyendo requisitos de aprobación, evaluación del riesgo y etiquetado, como es el caso de los reglamentos sobre productos cosméticos, biocidas, nuevos alimentos o dispositivos médicos basados en nanomateriales, y requisitos de información “nano-específicos”, donde cabe destacar la entrada en vigor a fecha de 1 de enero de 2020 de las modificaciones del reglamento (CE) nº 1907/2006 REACH establecidas por el reglamento (UE) 2018/1881 para las sustancias fabricadas como nanomaterial y denominadas “nanoformas”. A este respecto, las empresas fabricantes de nanoformas deben:

 

• Incorporar información relativa al tamaño de partícula, forma y propiedades superficiales de una nanoforma en el expediente de registro.
• Medir la estabilidad en medios de ensayo y determinación de la tasa de disolución en agua.
• Informar sobre la pulverulencia para la evaluación eficiente de la posible exposición.
• Sustituir del estudio de toxicidad por vía oral por un estudio por vía inhalatoria.

 

Se prevé además la próxima modificación del anexo II de REACH, relativo a las fichas de datos de seguridad, con objeto de reflejar información específica de las nanoformas y garantizar la coherencia con el trabajo en curso bajo el Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos (GHS).

Los aspectos regulatorios comentados suponen un nuevo reto para la industria en 2020, siendo necesario adaptar sus informes de registro o elaborar nuevos considerando requisitos nano-específicos. En el caso de los materiales de envase, el uso del NMs está sujeto a la aprobación por parte de las autoridades competentes en materia de seguridad alimentaria (EFSA o FDA).

 

Seguridad y salud en el trabajo

En lo relativo a la seguridad y salud, el comité científico de los riesgos sanitarios emergentes y recientemente identificados (CCRSERI) aceptó que existen riesgos comprobados para la salud vinculados a varios NMs, e incluyen entre otros, inflamación, daños en los tejidos, fibrosis y generación de tumores.

Los principales retos para la industria radican en la ausencia de protocolos de ensayo y guías técnicas para la caracterización (eco)toxicológica de las sustancias particuladas e insolubles, como son los nanomateriales, y la limitación de los medios tecnológicos disponibles para caracterizar los niveles de exposición en el lugar de trabajo.

Como dificultad añadida, no se han adoptado hasta la fecha límites de exposición profesional (VLA) aplicables dada la multitud de formas, tamaños, relación de aspecto y propiedades fisicoquímicas que encontramos para una misma composición química en el caso de los nanomateriales.

La situación se agrava además por la falta de estudios sobre la eficacia de los sistemas de contención, ventilación y equipos de protección personal (EPIs) considerando que los criterios de ensayo definidos por normas internacionales se basan en tamaños de partículas alejados de los diámetros medios (Ø 40 – 65 nm) de materiales como el óxido de silicio, óxido de titanio, óxido de zinc, óxido cerio o el óxido de aluminio.

Los aspectos comentados suponen un reto para la industria, que debe garantizar un alto nivel de protección de la salud y el medio ambiente.

 

Producción e integración de la cadena de valor

Atendiendo a la cadena de valor del sector nanotecnológico, los principales retos radican fundamentalmente en los siguientes elementos:

 

• Obtener un nanomaterial reproducible y bien caracterizado.
• Conseguir aplicar técnicas de modificación químicas y físicas para funcionalizar el nanomaterial y garantizar su compatibilidad en la matriz de destino.
• Aumento de la capacidad productiva (escalado).
• Comercialización a precios competitivos, garantizando la calidad y seguridad del nanomaterial.
• Mejora de los aspectos relacionados con la nanoseguridad.
• Aspectos relacionados con el reciclaje y migración de nanomateriales en composites.
• Diversificación de propiedades y aplicaciones.

 

A partir de los puntos enumerados, el desarrollo de la nanotecnología requiere de un esfuerzo significativo del tejido empresarial orientado al desarrollo de medios de producción eficientes y seguros que permitan la implantación de la nanotecnología a nivel industrial.

 

Nuevas oportunidades para el desarrollo de la nanotecnología en 2020

 

Seguridad y salud

Como resultado de la apuesta en los programas de investigación e innovación de la Unión Europea por el concepto de “safe by design (SbD)” o “seguridad desde la concepción”, se ha conseguido un significativo avance en la seguridad de los nanomateriales, fundamentada principalmente en el desarrollo de nanomateriales no tóxicos y que resultan seguros para el trabajador, el usuario final y el medio ambiente.

Son ya numerosos los ejemplos que encontramos en la literatura sobre SbD, destacando la modificación de la superficie de los NMs para modificar la liberación de iones tóxicos o la variación de la forma para reducir la activad proinflamatoria (Park, E.J et al., 2015;Chung et al., 2017). La Tabla 2 presenta una visión integrada de las estrategias de diseño seguro publicadas:

 

Tabla 2. Ejemplos actuales de SbD con NMs (Fuente: A. Kraegeloh, 2018).

 

 

En lo relativo al control de la exposición, se ha producido un incremento considerable de equipos que permiten evaluar los niveles de exposición en el lugar de trabajo, destacando nuevos equipos portátiles y robustos que permiten obtener información de la cantidad de partículas o su diámetro promedio con una resolución de tiempo de 1 segundo. Ejemplos de equipos de coste inferior a 8,000 € son el DISCmini (Testo), el Partector II (Naneos) o el sistema NanoWatcher, desarrollado por personal técnico de ITENE y donde destaca la integración de sensores de bajo coste, una interfaz de control orientada a la evaluación del riesgo por parte de los técnicos de prevención, y una bomba de muestreo (Fig.2).

 

 

Otros aspectos que promueven la seguridad de productos y procesos es la existencia de herramientas software cada vez más precisas en la estimación de la exposición (NanoDESK, NanoSafer), bases de datos con mayores referencias (eNanomapper), o plataformas de apoyo a la toma de decisiones en el proceso de evaluación del riesgo (caLIBRAte). Destacamos la visión integrada de la plataforma NanoDESK (http://sudoenanodesk.net), desarrollada por ITENE con el apoyo de fondos FEDER, y que permite identificar NMs para una función o aplicación concreta, evaluar el peligro o estimar la exposición.

 

Innovación y valor añadido de la nanotecnología

La nanotecnología es clave para alcanzar los objetivos de desarrollo sostenible marcado en la Agenda 2030 y abordar las demandas de la sociedad en materia de transporte, packaging, salud, energía, o ciudades inteligentes. La acción estratégica estatal de Nanociencia y Nanotecnología recoge además 7 ámbitos temáticos o líneas donde los NMs pueden ayudar a mejorar la competitividad, la sostenibilidad y el crecimiento de nuestro tejido empresarial, destacando el ámbito de materiales, donde se incluyen las aplicaciones en packaging.

 

A partir del año 2010 se ha observado un incremento en las aplicaciones y mercados de la nanotecnología, que unido a la política industrial de la UE hacen prever que en 2025 la nanotecnología se habrá consolidado en sectores clave como la electrónica, packaging, construcción, cosmética y medicina, proporcionando beneficios para los consumidores.

En este contexto de crecimiento, estimado por encima del 20 en la mayor parte de estudios y destacado el 22 en el caso del packaging (Global Market Insights, 2018), la inversión en nanotecnología se postula como clave para el desarrollo tecnológico industrial, y pone de manifiesto la proximidad al mercado de los productos nanotecnológicos.

 

 

A modo de conclusiones, la nueva era marcada por el inicio de 2020 tendrá como protagonista a la nanotecnología, incluyendo una mejora en la productividad, una mayor penetración en el consumidor en sectores como el cosmético, packaging o electrónica, y una mejor gestión de los potenciales riesgos de los NMs.

 

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