Can Nanoparticles Help Fight Hunger? | Christy L. Haynes | TED

Traductor: Sheila Sanchez-Ferrero Revisor: Sebastian Betti

Imagine you're a farmer

Imaginen que son agricultores

and you've planted enough crops to feed your family for the coming year.

y han sembrado lo justo para alimentar a su familia el próximo año.

El tiempo es extraordinario a comienzo de la temporada de crecimiento,

The weather is surprisingly good at the beginning of the growing season,

but after those seeds are in the ground

pero cuando ya han sembrado esas semillas

and the stalks start to peek up from the soil,

y están empezando a brotar los tallos,

a disease that you cannot see cuts your expected yield in half.

llega una enfermedad invisible y reduce la cosecha a la mitad.

You think to yourself,

Se preguntarán,

"What will my family eat?"

“¿qué va a comer mi familia?”

In the coming year,

Al año siguiente quizás fumigarán la tierra o añadirán más fertilizantes.

perhaps you'll fumigate your soil, maybe you'll add extra fertilizer.

Maybe you'll apply a fungicide or a pesticide

Tal vez utilizarán un fungicida o pesticida

hoping to decrease crop loss.

para reducir la pérdida de cultivos.

You know that these traditional technologies work,

Saben que las tecnologías típicas funcionan,

but you also know they have some negative implications for our ecosystem.

pero también que tienen algún efecto negativo para el ecosistema.

This, of course, is not an imaginary scenario.

Este no es un escenario ficticio, por supuesto.

We could feed every person on this planet if we didn't lose so much to disease,

Podríamos alimentar a cada persona de este planeta

si no perdiésemos tanto por enfermedades, plagas y suelos en condiciones pobres.

pest and poor soil conditions.

It's estimated that we lose between 20 and 40 percent of crop productivity

Perdemos entre el 20 y 40 % de la productividad de los cultivos

due to preventable disease and pest attack,

por culpa de enfermedades prevenibles y plagas.

and climate change is only making this worse.

El cambio climático está empeorando esta situación.

I stand here in front of you,

Les pareceré la persona menos indicada para resolver una crisis agrícola.

a very unlikely person to help solve an agricultural crisis.

I'm a chemistry professor who studies nanoparticles in sterile laboratories,

Soy profesora de Química y estudio nanopartículas en laboratorios estériles.

I grew up in the desert,

Crecí en el desierto

and I don't even keep houseplants, much less crops, alive.

y ni siquiera mantengo vivas las plantas en casa y mucho menos cultivos.

But I know that some of the best solutions to big problems

Pero a veces las mejores soluciones para grandes problemas

come when folks from different or even opposing fields

han surgido cuando gente de áreas diferentes e incluso opuestas

bring some of their simplest concepts together.

combinan las ideas más simples.

And that is exactly what I think is possible here.

Y precisamente creo que eso posible aquí.

As I tell you that nanoparticles may be a critical part

Las nanopartículas pueden ser una parte crucial

of the solution to our global food crisis.

para resolver la crisis alimentaria mundial.

Let me tell you why I'm so intent on using nanoscience to fight hunger.

¿Por qué estoy tan decidida a utilizar la nanociencia para combatir el hambre?

We all have the issues that touch us deepest,

Todos tenemos problemas que nos afectan profundamente,

and for me, it has always been hunger.

y en mi caso, siempre ha sido el hambre.

I find it intolerable that there are hungry people

Me parece intolerable que haya personas hambrientas

on this life-giving planet of ours.

en un planeta tan revitalizador como el nuestro.

I can trace this, at least in part, to some of my own experience growing up.

En parte lo atribuyo a mi propia experiencia cuando estaba creciendo.

For a period of my childhood, I lived in a food-insecure household.

Durante un periodo en mi niñez viví en una casa sin seguridad alimentaria.

We benefited from food shelf donations,

Recibíamos donaciones del Banco de Alimentos

and we only ate what my mom could get with her hard work

y solo comíamos lo que mi madre podía comprar

on double coupon day at the local supermarket.

en los días de doble descuento en el supermercado.

I loved the one day a month I was allowed to buy school lunch.

Una vez al mes me permitían comprar la comida del colegio.

Now, I don't know why my parents didn't apply for free school lunch

No sé por qué mis padres no solicitaron el comedor escolar gratuito

or food stamps,

o ayudas alimentarias,

but the end situation was one where sometimes the refrigerator

pero la situación era que a veces la nevera y los armarios estaban vacíos.

and the cupboards were empty.

Now, it's been a long time since I have worried about food for myself,

Hace mucho tiempo que no he tenido que preocuparme por la comida,

but that feeling of being hungry is etched deep within me.

pero esa sensación de tener hambre se me ha quedada grabada profundamente.

I am driven to do something about hunger.

Estoy determinada a hacer algo contra el hambre.

And the unusual talent that I bring to the task

El talento inusual que puedo aportar es que tengo

is my deep knowledge of designing and synthesizing nanomaterials

un gran conocimiento sobre el diseño y síntesis de los nanomateriales

that can carry molecular cargo

que pueden transportar carga molecular

and transform into specific chemical species.

y transformarse en especies químicas específicas.

Let me stop and give a little bit of background about nanoscience.

Daré información sobre nanociencia.

The prefix “nano” signifies a billionth,

El prefijo “nano” significa milmillonésima,

so a nanometer is a billionth of a meter.

un nanómetro es una milmillonésima parte de un metro.

In other words, nanoparticles are extremely small.

Dicho de otra forma, las nanopartículas son extremadamente pequeñas.

You cannot see them with your naked eye or even a high-powered light microscope.

No se pueden ver a simple vista, ni con un microscopio óptico de alta potencia.

In fact, you need a specialized instrument

De hecho, necesitaríais un instrumento especializado como este,

like the one you see here, called a transmission electron microscope,

llamado microscopio electrónico de transmisión, para ver las nanopartículas.

to even see nanoparticles.

Nanoparticles have actually been around forever.

Las nanopartículas han existido siempre.

You can find naturally occurring nanoparticles in geological formations

Podemos encontrar nanopartículas de origen natural en formaciones geológicas

or in the aerosol particles that we breathe.

o en las partículas de aerosol que respiramos.

But in the last few decades,

En las últimas décadas,

scientists and engineers have gotten very excited about nanomaterials

los científicos e ingenieros se han ilusionado mucho con los nanomateriales

because we realized that as you shrink things down to the nanoscale,

porque hemos observado que cuando disminuimos cosas a nanoescala,

their chemical and physical properties can change drastically.

sus propiedades químicas y físicas pueden cambiar drásticamente.

For example, a material that's usually unreactive

Tomemos por ejemplo un material que generalmente no es reactivo.

when you shrink it down to the nanoscale

Cuando lo disminuimos a nanoescala,

can suddenly catalyze a whole host of chemical reactions.

de repente puede catalizar una amplia serie de reacciones químicas.

Or a material that doesn’t usually conduct electricity, suddenly does.

O un material que no suele ser conductor de electricidad, de repente sí lo es.

As scientists tune the size, shape and chemical composition of a material,

Cuando los científicos ajustan

el tamaño, forma y composición química de un material,

they can tune those chemical and physical properties.

también pueden ajustar las propiedades químicas y físicas.

Nanoscience gives us a seemingly unlimited palette of accessible chemical

La nanociencia nos ofrece acceso a una paleta ilimitada

de propiedades químicas y físicas.

and physical properties.

I’m sure you can imagine how useful that can be.

Creo que ya imaginan lo útil que puede ser esto.

And scientists have gotten very good

Los científicos han perfeccionado

at knowing exactly how to design nanomaterials

el diseño de nanomateriales para que tengan las propiedades que ellos desean.

to have the properties they want.

We are in a perfect moment to take advantage

Es el momento perfecto para que nos aprovechemos de todos esos conocimientos

of all of the hard-won knowledge

that has been systematically gained in laboratories around the world.

que los laboratorios de todo el mundo han obtenido con tantos esfuerzos.

And that’s already happening.

Esto ya está ocurriendo.

You can find engineered nanoparticles in a range of products and applications,

Podemos encontrar nanopartículas de diseño en varios productos y aplicaciones,

many of which are focused on some of our biggest sustainability challenges.

muchas de ellas se centran problemas de sostenibilidad importantes.

Personally, I like to work on the nanomaterials

A mí me gusta trabajar en los nanomateriales que forman el núcleo

that make up the core of lithium-ion batteries for electric vehicles,

de las baterías de ion-litio para vehículos eléctricos.

but you'll also find nanomaterials in water filtration technology,

Encontraréis nanomateriales en tecnologías de filtrado de agua,

solar cells and even in clinical applications.

células solares e incluso en aplicaciones clínicas.

With all of that background,

Tras esa introducción,

now let me tell you about some of the nanomaterials

quiero hablar de los nanomateriales

my research group is developing for agricultural applications.

que mi equipo de investigación está realizando para aplicaciones agrícolas.

In some ways, the nanoparticles seem very simple.

En cierto modo las nanopartículas pueden parecer muy simples.

They're made of silica or SiO2 in chemistry language.

Están compuestas de sílice o SiO2 en terminología química.

This is the same chemical composition that describes glass or sand.

Es la misma composición química que describe el cristal o la arena.

And the simple choice was not an accident.

Esta selección tan simple no fue accidental.

We wanted to work with Earth-abundant elements,

Necesitábamos elementos que abundasen en la Tierra,

and you can't do much better than silicon and oxygen on that front.

y en ese sentido no hay nada mejor que el silicio y el oxígeno.

The researchers in my lab are very skilled at designing silica nanoparticles

En mi laboratorio tenemos expertos en el diseño de nanopartículas de sílice

with controlled size and surface chemistry.

con tamaño y química de superficie controladas.

We also work hard to control the pore structure,

Controlamos la estructura de los poros,

because that determines the total surface area,

porque es lo que determina el área superficial

y también la fuerza de los enlaces que unen a los nanomateriales.

as well as the strength of the bonds that hold the nanomaterials together.

That's because all of those factors are critically important for our end goal,

Todos estos factores son muy importantes para alcanzar nuestro objetivo,

which is to get these nanoparticles inside plants,

que es el de introducir las nanopartículas en las plantas,

either by infiltrating seeds

bien sea manipulando las semillas

or by allowing them to pass through pores on the leaf surface,

o dejando que penetren a través de los poros en la superficie de la hoja

and then, once they're internalized,

y que una vez introducidas

having them transformed to release a molecule

se transformen y liberen una molécula que la planta pueda utilizar para protegerse

that the plant can use to protect itself from viruses, fungi or pest attacks.

contra los virus, hongos o plagas.

In technical terms,

Técnicamente, queremos que nuestras nanopartículas de sílice

we want our silica nanoparticles to react with water in the environment

reaccionen con el agua de su entorno

and dissolve to release a molecule called silicic acid.

y se disuelvan para liberar una molécula llamada ácido silícico.

You can think of silicic acid for plants

Imaginad que el ácido silícico para plantas

like the multivitamin that you take every morning.

es como las multivitaminas que tomáis cada mañana.

Plants already contain silicic acid,

Las plantas ya tienen ácido silícico, lo usan para construir sus paredes celulares.

they use it to build their cell walls.

We want to deliver an extra boost of silicic acid,

Queremos aumentar la cantidad de ácido silícico

con la hipótesis de que fortalecerá las paredes celulares

with the hypothesis that they'll build stronger cell walls

and boost their own immune response.

y aumentará su propia respuesta inmunitaria.

So now, hopefully you can see the whole picture.

Espero que podáis ver el panorama al completo.

We design silica nanoparticles with the right size,

Diseñamos nanopartículas de sílice con el tamaño, estructura y química de superficie

shape and surface chemistry to be taken up into a plant.

ideal para que lo absorba la planta.

We also design them so that once they're internalized,

Las diseñamos para que se disuelvan nada más infiltrarlas

they dissolve to release enough silicic acid

y liberen el ácido silícico necesario para obtener plantas más sanas, vigorosas

that the plants live healthier and longer,

producing more food.

y que produzcan más alimentos.

With all of that background,

Les mostraré algunas de las nanopartículas que estamos creando

now, let me actually show you some of the nanoparticles that we're making

and tell you about some of the early,

y hablaré de los primeros resultados

exciting results from greenhouse and field studies.

de los estudios de invernadero y campo.

We've made many variations on the silica nanoparticle theme.

Hemos realizado distintas variaciones de nanopartículas de sílice.

Here you can see five electron microscope images

Aquí ven cinco imágenes de microscopía electrónica

of silica nanoparticles we've made.

de las nanopartículas de sílice que hemos creado.

All of them have the same scale bar, that’s just 100 nanometers.

Todas tienen la misma barra de escala de solo 100 nanómetros

And all of them are small enough to go into the pores on a leaf’s surface.

y son lo bastante pequeñas para penetrar los poros en la superficie de las hojas.

Here you can see some of the silica nanoparticles we’ve designed

Como ven, hemos diseñado varias nanopartículas de sílice

with various pore structures.

con distintas estructuras porosas.

The pore structure ends up being very important

La estructura de los poros es crucial porque

because the more water can react with the surface of the nanoparticle,

cuanta más agua reaccione con la superficie de la nanopartícula,

the better it dissolves and the more silicic acid is released.

mejor se disolverá y más ácido silícico liberará.

Here you can see some nanoparticles we've designed

Estas son nanopartículas diseñadas para disolverse a distintos ritmos.

to dissolve at different rates.

And what you're looking at is a nice, solid nanoparticle at the beginning,

Lo que ven es una nanopartícula sólida antes de exponerla al agua,

before it's been exposed to water.

And then after eight, 16 and 24 hours,

y tras ocho, 16 y 24 horas observarán que esas nanopartículas se van ahuecando

you can see those nanoparticles hollowing out,

releasing lots of useful silicic acid.

y liberando ese ácido silícico tan beneficioso.

With all of these nanoparticles in hand,

Provistos de todas estas nanopartículas,

we started working with colleagues

colaboramos con colegas del Centro de Nanotecnología Sostenible del NSF

within the NSF Center for Sustainable Nanotechnology

para realizar estudios iniciales en plantas.

to start our first plant studies.

The initial studies were very simple,

Los primeros estudios fueron sencillos,

using watermelon seedlings in a greenhouse.

utilizando plántulas de sandía en un invernadero.

Here's the experimental setup.

Este fue el montaje experimental.

We had watermelon seedlings that were going to be planted

Teníamos plántulas de sandía que íbamos a plantar en tierra sana

either in healthy soil

or soil infested with Fusarium, a fungal soil-borne pathogen.

o infectada con Fusarium, que es un patógeno fúngico transmitido por tierra.

Before planting them, we dipped them in our silica nanoparticles,

Antes de plantarlas las sumergimos en nanopartículas de sílice

and then we allowed them to grow in the greenhouse.

y las dejamos que crecieran en el invernadero.

A la vez, también teníamos un conjunto de plantas

Of course, we also had a parallel set of plants

that received no nanoparticles, growing in both healthy and diseased soil.

que no recibieron nanopartículas y que crecieron en tierra sana e infectada.

So the goal was to figure out

El objetivo era el de entender

how that single application of silica nanoparticles

cómo esa única dosis de nanopartículas de sílice

impacted the plants growing in both healthy and diseased soil.

afectaba tanto a las plantas creciendo en tierra sana como infectada.

And the results that we saw were really exciting.

Los resultados que obtuvimos fueron fascinantes.

We found that the plants that were growing in infected soil,

Vimos que las plantas que habían crecido en tierra infectada

that had received that one dose of silica nanoparticles

y que habían recibido esa dosis de nanopartículas de sílice estaban

were 30 to 40 percent healthier than the ones that had not.

entre un 30 y 40 % más sanas que las que no la habían recibido.

With this exciting result,

Tras este resultado tan interesante, pasamos a realizar estudios en el campo

we decided to try some field studies using the same soil conditions

replicando las mismas condiciones de la tierra y de las nanopartículas.

and the same nanoparticle conditions.

So we planted watermelon, either in healthy or infected soil,

Plantamos las sandías tanto en tierra sana como infectada

and we allowed them to grow for 100 days.

y las dejamos crecer durante 100 días.

We tracked the fungal disease,

Vigilamos la enfermedad fúngica

and we also measured the amount of fruit that was produced after 100 days.

y también evaluamos la cantidad de fruta producida después de los 100 días.

And what we found

Lo que observamos fue

is that that one application of one to two milliliters of silica nanoparticles

que con solo una dosis de uno o dos mililitros de nanopartículas de sílice

way back at the seedling stage,

durante el estadio de desarrollo

led us to a 70 percent increase in watermelon yield.

obtuvimos un aumento en la producción de sandías del 70 %.

Lo ideal es que no queden trazas de nanopartículas en la fruta

Ideally, none of the nanoparticles would end up in the fruit

que la gente va a comer.

that people are going to eat.

So we analyzed the roots and the above-ground tissue

Así que analizamos las raíces, los tejidos superficiales

and the edible fruit for any sign of silica nanoparticles.

y la fruta comestible en búsqueda de indicios de nanopartículas.

We saw no increased silicon in the edible watermelon fruit,

No vimos ningún aumento de silicio en las sandías comestibles,

meaning that these nanoparticles did exactly what we designed them to do.

lo que significa que las nanopartículas cumplieron exactamente con su función.

Given the small amount of nanomaterials

Dada la poca cantidad de nanomateriales

that we applied to each one of those plants,

que aplicamos a cada una de esas plantas,

the cost per plant is only about two cents

el coste por planta es tan solo dos centavos

or 19 dollars for an acre.

o 19 dólares por acre.

This is a cost-effective treatment.

Es un tratamiento rentable.

By adding 19 dollar's worth of nanoparticles

Con sólo un gasto de 19 dólares en nanopartículas, más 250 en fertilizantes,

to the average fertilizer cost of 250 dollars,

a farmer would yield thousands of dollars increase in fruit production.

un agricultor obtendría un incremento de miles de dólares por cosecha.

With these exciting results in hand,

Son unos resultados fascinantes y por eso

we have a lot of other experiments planned and in progress.

estamos desarrollando y planeando muchos otros experimentos.

We want to do multiple applications of nanoparticles

Queremos administrar varias dosis de nanopartículas

and applications later in the growth process

y más adelante en la fase de crecimiento

to see if that further increases our yield.

para ver si la producción aumenta aún más.

Queremos hacer estudios sobre la soja y el trigo,

We want to do studies on soybean and wheat,

critical crops here in the Midwest and around the world.

que son cultivos esenciales aquí en el Medio Oeste y en todo el mundo.

Two researchers in my lab recently applied silica nanoparticles

Dos colegas de mi equipo han aplicado nanopartículas de sílice

to potato plants in the field.

a plantas de patata en el campo.

They're going to help harvest and analyze the results this fall.

Van a ayudar a cosechar y a analizar los resultados este otoño.

I hope that what you see is that this data is really compelling,

Espero que vean que estos datos son muy convincentes y que las nanopartículas

and that nanoparticles have tons of potential to help decrease crop loss.

tienen un potencial enorme para ayudarnos a reducir la pérdida de cultivos.

And I only told you about silica nanoparticles.

Solo he hablado de las nanopartículas de sílice.

I can imagine other important chemical compositions

Se me ocurren otras composiciones químicas importantes

and even parallel application like remediation of soil pollutants.

e incluso aplicaciones similares para remediar los contaminantes del suelo.

I ask you all to be open-minded about nanotechnology,

Sean tolerantes con la nanotecnología

encouraging funding agencies worldwide to invest.

y animen a todos los organismos de financiación a invertir.

En EE.UU. pidan que sus senadores y representantes inviertan

In the US,

ask your senators and representatives

to invest in the National Science Foundation,

en la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud

the National Institutes of Health and the US Department of Agriculture

y el Departamento de Agricultura de EE. UU.

for both basic and translational research.

para hacer investigaciones básicas y traslacionales.

I know farmers are already embracing advanced technology

Me consta que los agricultores ya están adoptando avances tecnológicos

in terms of robots and drones and implant sensors.

como robots, drones y sensores implantados.

I encourage them to embrace this advance as well.

Me gustaría animarles a que también adopten este avance.

Now go back to imagining that you're that farmer

Vuelvan a imaginar que son agricultores y han sembrado lo suficiente

and you've planted enough crops to feed your family for the coming year.

para alimentar a su familia el próximo año.

Hagan lo de siempre, excepto que esta vez,

You do all of the normal things, except this time,

maybe you use seeds that were infiltrated with silica nanoparticles.

quizás usen semillas infiltradas con nanopartículas de sílice.

Or maybe you go through once

O quizás con una sola pasada

and you spray silica nanoparticles onto your crops.

rocían su cosecha con nanopartículas de sílice.

As these tiny nanoparticles deliver a big boost of silicic acid

A medida que esas nanopartículas reparten más ácido silícico desde el interior,

from the inside,

your plants overcome disease, and your family is fed.

las plantas podrán superar enfermedades y su familia tendrá para comer.

Let's use all of the hard work

Utilicemos el trabajo tan enorme que se ha realizado en la investigación básica

that has been done on basic nanotechnology research

to feed our global family for years to come.

de nanotecnología para alimentar a nuestras familias en el futuro.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)