ATOM BY ATOM

Lunes 28 de septiembre

• 17:30 - 18:00

  Apertura Oficial

  Pedro Miguel Etxenike, José María Pitarke
  y el Lehendakari Excmo. Sr. D. Patxi López Álvarez
• 18:00 - 18:45

  Conferencia Inaugural

  Sir Harold Kroto
  Ciencia, sociedad y sostenibilidad

  Nuestro mundo moderno se sostiene a duras penas apoyándose en las Ciencias, la Ingeniería y la Tecnología (siglas en inglés — SET) y es fundamental que todos los puestos de cierta responsabilidad tengan unos conocimientos básicos sobre estas disciplinas. Aunque el saber no garantice que se tomen decisiones sabias, parece de sentido común que probablemente nunca llegaremos a la sabiduría por el camino de la ignorancia.

  Las áreas SET nos han revolucionado la vida y han aportado mejoras humanitarias que han conseguido una calidad de vida infinitamente superior en los países desarrollados. Se consiguieron estas mejoras gracias a los avances científicos y tecnológicos que se basan en plantear dudas y preguntas, en las filosofías que se basan en la evidencia y que tanto difieren de esos otros conceptos que se fundamentan en las creencias y que subyacen a las actitudes sociales místicas. La sociedad puede emplear la tecnología de modo que sea beneficiosa o perjudicial, como demuestran las decisiones políticas que han llevado a acumular un total de 28.000 armas nucleares en el mundo, o el modo en el que las tecnologías parecen haber actuado como catalizadores en un saqueo salvaje de los recursos del Planeta. Quizás nos estemos precipitando al desastre, sin necesidad de que intervenga ningún asteroide. Si queremos tener un 50% de probabilidad de sobrevivir hasta el próximo siglo, tenemos que conseguir que todos los segmentos de la sociedad, desde los industriales, ingenieros y científicos a los políticos, agricultores y pescadores, reconozcan que éstas son las cuestiones más graves con las que se ha enfrentado la humanidad. La única esperanza que tenemos de sobrevivir se apoya sobre los hombros de los que se tomen en serio los temas relacionados con la supervivencia y la sostenibilidad — y que además actúen en consecuencia.

  Entiendo que la nanociencia y la nanotecnología, las cuales combinan la química con la física de la materia condensada, la biología molecular y la ingeniería de materiales, desempeñarán un papel fundamental, además de seguir mejorando la formación en las disciplinas SET. El fracaso en este empeño es evidente hasta el momento, pero quizás nos quede una última esperanza: explotar la nueva tecnología en el campo de las comunicaciones que supone Internet para educar a la humanidad a escala global, de modo que en nuestras decisiones tengamos las actitudes racionales que ahora ya resultan vitales para nuestra supervivencia.
• 19:00 - 19:45

  Espectáculo

  Pep Bou
  Rebufaplanetes

  Pep Bou comenzó su carrera hace 27 años con Bufaplanetes. Este espectáculo es una nueva versión de aquella clásica obra de teatro catalán que el público europeo ya ha tenido la oportunidad de disfrutar.

  Las burbujas son ciencia en acción

  Una burbuja es una fina película de agua jabonosa. La película que forma la burbuja tiene tres capas: una fina capa de agua entre dos capas de moléculas de jabón. Cada molécula de jabón se orienta de forma que su parte polar (hidrófila) queda en contacto con el agua, mientras que su parte hidrófoba hidrocarbonada se aleja de ella. Las burbujas tienden a adquirir forma esférica independientemente de su forma inicial, dado que la esfera es la estructura con la menor superficie posible, lo que significa que adoptarla requiere la mínima energía.

  Cuando dos burbujas se tocan, sus paredes se funden para minimizar su área superficial. Si se tocan dos burbujas del mismo tamaño, la pared que las separa será plana. Si se tocan dos burbujas de distinto tamaño, la menor sobresaldrá de la mayor. Las burbujas se unen formando paredes con un ángulo de 120º. Si se unieran suficientes burbujas, las celdas crearían formas hexagonales.

  Extracto de "Learn the Science of How Bubbles Work" de la Dra. Anne Marie Helmenstine, About.com.
• 20:00 - 21:00

  Cóctel de Bienvenida

  Sala de Banquetes, Centro Kursaal

Martes 29 de septiembre

• 10:30 - 12:30

  Encuentro con Premios Nobel en kutxaEspacio de la Ciencia

  Diálogo Abierto
  Sir Harold Kroto
  Heinrich Rohrer
  Moderado por Pedro Miguel Etxenike
• 17:30 - 18:15

  Felix Goñi

  Nanopartículas lipídicas: la gordura es bella

   
• 18:30 - 19:15

  Emilio Méndez

  La nanotecnología y el reto energético

  La crisis de la energía es tan real y aguda como hace un año, a pesar de que desde entonces el precio del petróleo se haya reducido a cerca de la mitad. La razón es sencilla: el 80% de la energía que se consume mundialmente procede de fuentes fósiles (petróleo, carbón y gas natural); esas fuentes se están agotando rápidamente, están distribuidas por el mundo de forma muy desigual, y tienen efectos negativos en el medio ambiente. Es por tanto imperativo reducir el consumo de energía (por ejemplo, aumentando la eficiencia de su transmisión, almacenamiento y uso) y desarrollar fuentes de energía renovables y no contaminantes. Este urgente reto se hace especialmente difícil cuando se intenta compatibilizar con el crecimiento económico indefinido que la sociedad moderna exige.

  La revolución en potencia que representa la nanotecnología puede ayudar decisivamente a resolver el desafío energético. La nanotecnología explota las propiedades únicas de los materiales cuando éstos tienen dimensiones de unos pocos nanómetros, es decir, unas cien mil veces menos que la anchura de un cabello. A esta escala, hay materiales que conducen la electricidad mejor que el cobre y el aluminio, o que aceleran las reacciones químicas y son más baratos que los catalizadores convencionales, o que podrían convertir en electricidad la luz del sol más eficientemente que los paneles solares actuales. Pero para poder utilizar esos materiales de un modo práctico y económico antes hace falta contestar importantes preguntas científicas y resolver serios problemas técnicos. Las respuestas y las soluciones sólo serán posibles con el esfuerzo colectivo y coordinado de científicos e ingenieros, y con el apoyo vigoroso y continuado de la sociedad a la investigación en nanociencia.
• 19:30 - 20:15

  Carlos Bustamante

  Agarrando al gato por la cola: un motor de empaquetamiento de ADN

  Dentro del ciclo de infección, muchos virus tienen que empaquetar el genoma que acaban de replicar dentro de una cápside proteica, de forma que puedan así garantizar que este contenido se transporte y entregue adecuadamente a otras células hospedadoras. El bacteriófago φ29 empaqueta así su ADN de 6,6 mm de longitud y lo introduce en una cápside de 42 nm de diámetro x 54 nm de altura, empleando un motor de anillo multimérico que pertenece a una superfamilia de las ATPasas denominada ASCE (Additional Strand, Conserved E). Estos motores de anillo están presentes en todas las formas de vida y son responsables de una amplísima variedad de funciones celulares, desde la translocación de los ácidos nucleicos y del despliegue de los polipéptidos, hasta la síntesis del ATP. Quedan por responder algunas preguntas fundamentales en cuanto a cómo se coordinan las subunidades que componen estos anillos multiméricos. El motor portal del bacteriófago φ29 resulta ideal para investigar estas cuestiones, además de ser una máquina excepcional que consigue superar diferentes energías (entrópica, electrostática y de plegado) y, empaquetar el ADN dentro de la cápside con una densidad casi cristalina.

  Con la ayuda de unas pinzas ópticas, comprobaremos que, como media, este motor puede responder a cargas de hasta ~57 picoNewtons, confirmándose así, que se trata de uno de los motores moleculares más potentes que conocemos. Calculando la relación que tiene este motor entre fuerza y velocidad, comprobamos que el paso que limita el ciclo del motor, depende de la fuerza, incluso a los niveles de carga más bajos. Resulta interesante observar que la velocidad de empaquetado desciende a medida que se va llenando la cabeza proteica, indicando un aumento de la presión interna, por la compresión del ADN. Definimos que, al final del empaquetado, la presión de la cápside es de ~6 MegaPascales, que corresponde a actuar sobre el motor con una fuerza interna de ~52 pN. Hemos identificado en qué punto del ciclo mecanoquímico se da la conversión de energía química del ATP en trabajo mecánico. La resolución ultra elevada de las pinzas ópticas nos ha permitido realizar la primera medición directa de las dimensiones de cada paso en la translocación de una ATPasa de anillo. Se nos ha revelado así, un sorprendente mecanismo por el cual las dimensiones del paso tienen una cantidad de pares de base que no corresponde a un número entero y que revela un inesperado grado de coordinación entre las subunidades, de un modo que nunca se había propuesto, hasta el momento, para una ATPasa de anillo. Estas reveladoras observaciones nos han hecho reconsiderar los modelos con los que explicábamos, hasta el momento, cómo captan el ADN las translocasas de ADN y proponer así nuevos modelos, según los cuales, los cambios en la conformación del anillo se convierten en movimiento del ADN.

  Fin de Sesión

Miércoles 30 de septiembre

• 16:00 - 16:45

  Juan Colmenero

  Molécula a molécula: auto-ensamblado molecular y nanotecnología

  Tradicionalmente el término “autoensamblado” (self-assembly en inglés) se usa para definir el proceso por el cual determinadas moléculas, bajo ciertas condiciones, se asocian de forma espontánea dando lugar a estructuras geométricas (agregados) termodinámicamente estables. Los fenómenos de autoensamblado son muy frecuentes en la naturaleza y las unidades que se asocian pueden ser no sólo moléculas sino también átomos, partículas coloidales, macromoléculas (polímeros) y moléculas biológicas como por ejemplo, lípidos y péptidos.

  El tamaño de los objetos formados mediante autoensamblado es en la mayoría de los casos de decenas o cientos de nanómetros ( 1 nanómetro = 10-9metro, es decir, 0,000000001 metro), de ahí el interés de los procesos de autoensamblado en relación con el desarrollo actual de las llamadas nanociencia y nanotecnología. La nanotecnología puede definirse de forma sencilla como la capacidad de manipular átomos y/o moléculas (unidades estructurales) para crear con ellos estructuras (agregados) a escala nanométrica que muestren propiedades emergentes de interés tecnológico. Obviamente el proceso de obtención de estructuras nanométricasmediante manipulación atómica o molecular presenta muchas similitudes con el de autoensamblado espontáneo. La gran diferencia, sin embargo, radica en que en el primer caso, la manipulación atómica o molecular requiere de medios tecnológicamente muy sofisticados y suele ser un proceso costoso en tiempo, esfuerzos y dinero. La gran belleza del autoensamblado es que ocurre de forma espontánea, una vez que se dan las condiciones adecuadas. Resulta pues fácil de imaginar que el entendimiento profundo y el control de los procesos de autoensamblado permitiría definir métodos sencillos de obtención de nanoestructuras de tamaño y propiedades ajustables. El autoensamblado se convierte de esta forma en uno de los procesos claves para el desarrollo de la nanotecnología.
• 17:00 - 17:45

  José Maiz

  Nanociencia y nanotecnología: promesa, realidad y desafío

  Los términos nanociencia y nanotecnología se refieren a la comprensión, capacidad de manipulación y utilización de forma productiva de las singulares propiedades físicas que presentan las partículas y estructuras de dimensión nanométrica. No cabe duda de que nos encontramos al comienzo de una revolución tecnológica de la que resultarán muchos productos únicos con enorme impacto en las áreas de materiales, electrónica, medicina y productos para el consumidor. Aunque todavía no sabemos cuál será su impacto final, es fácil que esta revolución siga un modelo semejante a otras grandes revoluciones como la electrónica, los antibióticos, el motor de combustión interna o la decodificación del genoma. En todos estos casos, el desarrollo ha sido progresivo y aunque el avance inicial aparenta ser más lento que las primeras proyecciones, terminan teniendo un impacto generalizado, muy superior a cualquier proyección original, y en formas que no habían sido ni siquiera imaginadas. ¿Quién hubiera imaginado hace 25 años el impacto social, económico, laboral y de globalización que están teniendo el ordenador personal, la comunicación inalámbrica e internet? Era inimaginable a pesar de que ya habían pasado más de 40 años desde el descubrimiento del transistor. Esta presentación tratará de las tendencias básicas, el impacto progresivo y algunas de las posibles direcciones en las que evolucionará la revolución nanométrica.

  Como en casos anteriores, la doble inversión en formar personal altamente cualificado y en desarrollar un ecosistema que propicie la rápida transformación de descubrimientos en productos con impacto tecnológico, industrial y social será la clave del éxito de esta revolución. Las sociedades capaces de hacerlo se beneficiarán enormemente no sólo de los productos mismos, sino de una economía basada en la innovación.
• 18:15 - 19:00

  Sir John Pendry

  Óptica de transformación y nanotecnología

  La precisión con la que se controla habitualmente la luz se limita a su longitud de onda — aprox. 0,5 micras para la luz visible. El objetivo que persiguen actualmente los investigadores es la integración de la óptica y la nanotecnología, lo cual demanda nuevas herramientas teóricas para hacerlo posible. La óptica de transformación es una nueva técnica dentro de la óptica que, en principio, permite controlar la luz con una precisión ilimitada. En combinación con los nuevos metamateriales, la óptica de transformación se convierte en una herramienta muy potente para controlar la luz a cualquier escala de longitud. Junto con la descripción teórica, aportaré algunos ejemplos de diversas nanoestructuras que controlan la luz con una precisión nanométrica. Los materiales que usamos a diario deben sus propiedades a cada uno de los átomos y moléculas de los que están compuestos.

  Los campos electromagnéticos macroscópicos resultan de la media de los campos locales fluctuantes, con valores muy bien definidos ya que una medida cúbica de longitud de onda de materia típica viene a contener miles de millones de moléculas. Los metamateriales amplían este concepto al sustituirse las moléculas por estructuras artificiales, que en el caso de la luz visible se medirían en nanómetros y para la radiación en GHz podrían ser de algunos milímetros, pero siempre de dimensiones muy inferiores a la longitud de onda. De este modo las propiedades vienen definidas por la estructura, en lugar de por la composición química. Los metamateriales aportan una enorme variedad de parámetros para aplicaciones electromagnéticas. Tanto es así que nos podríamos plantear si, explotando esta nueva flexibilidad, estamos ante un nuevo modo de diseñar sistemas electromagnéticos. En un mundo ideal se podrían distribuir las líneas de campo eléctrico y magnético sin otra limitación que las leyes de la física, empleando un metamaterial idóneo que se adapte a la configuración que requiera ese campo. De hecho, la óptica de transformación surgió para responder cómo elegir los parámetros para el metamaterial en cuestión. La idea es bastante sencilla: comenzar con un diseño de campo según las ecuaciones de Maxwell para un sistema que sea similar a la configuración que buscamos desde el punto de vista topológico, aunque limitada al espacio libre o con una configuración sencilla de permitividad y permeabilidad, pasando a continuación a distorsionar el sistema hasta llegar a la configuración de campo requerida y volviendo a plantear las ecuaciones de Maxwell, ahora ya con el nuevo sistema de coordenadas. Hace algún tiempo se demostró que, sea cual sea el sistema de coordenadas, las ecuaciones de Maxwell se mantienen. Sien embargo, los valores de la permitividad y la permeabilidad sí cambian.

  Estos nuevos valores de la permitividad y permeabilidad serán los que habrá que aplicar al metamaterial, si queremos que los campos soporten la configuración distorsionada.
• 19:15 - 20:00

  Albert Fert

  Espintrónica: fundamentos, últimos avances y perspectiva

  El concepto en el que se basa la espintrónica es la manipulación de las corrientes espín-polarizadas, a diferencia de la electrónica clásica en la que se ignora el espín de los electrones. Su origen se debe a la investigación básica que se realizó sobre la conducción eléctrica en conductores ferromagnéticos, habiendo sido su desarrollo posible gracias al decubrimiento de la magnetorresistencia gigante (siglas en inglés — GMR) en multicapas magnéticas en el año 1988. Actualmente la espintrónica es un campo de investigación en expansión y que abarca numerosas líneas muy novedosas.

  Tras presentar los conceptos básicos relacionados con la conducción dependiente del espín, la GMR y las aplicaciones de la GMR, pasaré a comentar los avances más recientes en el campo de la espintrónica, repasando los resultados obtenidos por medio de la transferencia de espín (el cambio magnético o la generación de oscilaciones de microondas al inyectar momento angular de espín de una corriente eléctrica), la espintrónica con semiconductores o la espintrónica con materiales de carbono. Los avances que se han conseguido al generar oscilaciones de microondas por la transferencia de espín han planteado nuevos problemas de gran calado, como el de la sincronización y el control de fase en un sistema de osciladores de transferencia de espín (siglas en inglés — STO). Otros ejemplos de los campos de gran interés para los investigadores serían la espintrónica molecular y la espintrónica de un solo electrón.
• 20:00 - 20:15

  Clausura

  Pedro Miguel Etxenike, José María Pitarke

En los intermedios entre charlas, se proyectará diverso material audiovisual.