La nanotecnología es una ciencia de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nanomateriales).
Lo más habitual es que tal manipulación se produzca en un rango de entre uno y cien nanómetros. Se tiene una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot sabiendo que un nanobot de unos 50 nm tiene el tamaño de 5 capas de moléculas o átomos -depende de qué esté hecho el nanobot-.
Nano es un prefijo griego que indica una medida (10-9 = 0,000 000 001), no un objeto; de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.
La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.
El ganador del premio Nobel de Física de 1965, Richard Feynman, fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología en el célebre discurso que dio en el Caltech (Instituto Tecnológico de California) el 29 de diciembre de 1959, titulado En el fondo hay espacio de sobra (There's Plenty of Room at the Bottom).
Otras personas de esta área fueron Rosalind Franklin, James Dewey Watson y Francis Crick quienes propusieron que el ADN era la molécula principal que jugaba un papel clave en la regulación de todos los procesos del organismo, revelando la importancia de las moléculas como determinantes en los procesos de la vida.
Pero estos conocimientos fueron más allá, ya que con esto se pudo modificar la estructura de las moléculas, como es el caso de los polímeros o plásticos que hoy en día encontramos en nuestros hogares. Pero hay que decir que a este tipo de moléculas se les puede considerar “grandes”.
Hoy en día la medicina tiene más interés en la investigación en el mundo microscópico, ya que en él se encuentran posiblemente las alteraciones estructurales que provocan las enfermedades, y no hay que decir de las ramas de la medicina que han salido más beneficiadas como es la microbiología, inmunología, fisiología; han surgido también nuevas ciencias como la Ingeniería Genética, que ha generado polémicas sobre las repercusiones de procesos como la clonación o la eugenesia
Algunos países en vías de desarrollo ya destinan importantes recursos a la investigación en nanotecnología. La nanomedicina es una de las áreas que más puede contribuir al avance sostenible del Tercer Mundo, proporcionando nuevos métodos de diagnóstico y cribaje de enfermedades, mejores sistemas para la administración de fármacos y herramientas para la monitorización de algunos parámetros biológicos.
Alrededor de cuarenta laboratorios en todo el mundo canalizan grandes cantidades de dinero para la investigación en nanotecnología. Unas trescientas empresas tienen el término “nano” en su nombre, aunque todavía hay muy pocos productos en el mercado.[cita requerida]
Algunos gigantes del mundo informático como IBM, Hewlett-Packard ('HP)' NEC e Intel están invirtiendo millones de dólares al año en el tema. Los gobiernos del llamado Primer Mundo también se han tomado el tema muy en serio, con el claro liderazgo del gobierno estadounidense, que dedica cientos millones de dólares a su National Nanotechnology Initiative.
En España, los científicos hablan de “nanopresupuestos”. Pero el interés crece, ya que ha habido algunos congresos sobre el tema: en Sevilla, en la Fundación San Telmo, sobre oportunidades de inversión, y en Madrid, con una reunión entre responsables de centros de nanotecnología de Francia, Alemania y Reino Unido en la Universidad Autónoma de Madrid.
Las industrias tradicionales podrán beneficiarse de la nanotecnología para mejorar su competitividad en sectores habituales, como textil, alimentación, calzado, automoción, construcción y salud. Lo que se pretende es que las empresas pertenecientes a sectores tradicionales incorporen y apliquen la nanotecnología en sus procesos con el fin de contribuir a la sostenibilidad del empleo. Actualmente la cifra en uso cotidiano es del 0.2 %. Con la ayuda de programas de acceso a la nanotecnología se prevé que en 2014 sea del 17 % en el uso y la producción manufacturera.
La característica fundamental de nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que están altamente especializados. Por tanto, los físicos juegan un importante rol no sólo en la construcción del microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de la mecánica cuántica. Alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de ciertos átomos hacen jugar a la química un papel importante. En medicina, el desarrollo específico dirigido a nanopartículas promete ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades. Aquí, la ciencia ha alcanzado un punto en el que las fronteras que separan las diferentes disciplinas han empezado a diluirse, y es precisamente por esa razón por la que la nanotecnología también se refiere a ser una tecnología convergente.
La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los átomos del grafito (compuesto por carbono, principalmente) de la mina del lápiz podemos hacer diamantes (carbono puro cristalizado). Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.
A partir de los incontables ejemplos encontrados en la biología se sabe que miles de millones de años de retroalimentación evolucionada puede producir máquinas biológicas sofisticadas y estocásticamente optimizadas. Se tiene la esperanza que los desarrollos en nanotecnología harán posible su construcción a través de algunos significados más cortos, quizás usando principios biomiméticos. Sin embargo, K. Eric Drexler y otros investigadores han propuesto que la nanotecnología avanzada, aunque quizá inicialmente implementada a través de principios miméticos, finalmente podría estar basada en los principios de la ingeniería mecánica.
Determinar un conjunto de caminos a seguir para el desarrollo de la nanotecnología molecular es un objetivo para el proyecto sobre el mapa de la tecnología liderado por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios nacionales de EEUU) y del Foresigth Institute. Ese mapa debería estar completado a finales de 2006.
Nanotecnología aplicada al envasado de
alimentos
Una de las aplicaciones de la
nanotecnología en el campo de envases para alimentación es la aplicación de
materiales aditivados con nanoarcillas, que mejoren
las propiedades mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los
materiales de envasado. En el caso de mejora de la barrera a los gases, las
nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas
gaseosas, lo cual permite conseguir una barrera similar con espesores
inferiores, reduciendo así los costos asociados a los materiales.
Los procesos de incorporación de las nanopartículas se pueden realizar mediante extrusión o por recubrimiento, y los parámetros a controlar en el proceso de aditivación de los materiales son: la dispersión nanopartículas, la interacción de las nanopartículas con la matriz, las agregaciones que puedan tener lugar entre las nanopartículas y la cantidad de nanopartículas incorporada
Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá, las quince aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:[cita requerida]
Almacenamiento, producción y conversión de energía.
Armamento y sistemas de defensa.
Producción agrícola.
Tratamiento y remediación de aguas.
Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
Sistemas de administración de fármacos.
Procesamiento de alimentos.
Remediación de la contaminación atmosférica.
Construcción.
Monitorización de la salud.
Detección y control de plagas.
Control de desnutrición en lugares pobres.
Informática.
Alimentos transgénicos.
Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).
Nanotecnología: Noticias recientes
Auto-ensamblaje fluido: Una técnica para montar grandes cantidades de aparatos diminutos.
Este proceso masivamente paralelo de ensamblaje combina la capacidad y flexibilidad de ensamblaje con la efectividad en costes de integración.
Aparatossemi-conductores de forma específica midiendo desde 10 hasta cientos de micrones se suspenden en líquido y fluyen sobre una superficie que tiene "agujeros" o receptores en los que los aparatos se caen y se sitúan de forma alineada.
Aunque la "fabricación molecular" no sea todavía una realidad y algunos científicos son escépticos sobre la capacidad de avances rápidos en este campo científico, lo cierto es que cada día se producen multitud de noticias relacionadas con progresos en otras vertientes: nanotubos, nanosensores, nanopartículas, nanocables, unidas a noticias sobre inversiones en I+D que parecen augurar prometedores avances científicos y tecnológicos. Recogemos aquí una selección de algunos avances que creemos importantes.
Nuevo nanomaterial Según Smalltimes, científicos británicos y rusos han descubierto un nuevo material que tiene un grosor de una sola molécula. Este nuevo avance científico se podrá aplicar a la fabricación de microchips.
El material se llama grafeno y está compuesto de una molécula plana, gigante y
de dos dimensiones capaz de conducir una señal eléctrica. Este nuevo
nanomaterial es de la misma familia de fulerenos (fullerenes) - las moléculas
de carbón que componen nanotubos
- y ha sido desubierto por científicos de las universidades de Manchester
(Reino Unido) y Chernogolovka (Rusia).
La propiedad electrónica de esta nanomaterial permite su uso para la
fabricación de un transistor estable y ultrarápido. Su fuerza y flexibilidad hace
que el transistor pueda tener dimensiones ultra pequeñas lo que permite a su
vez que funciona con unas velocidades increíbles porque las distancias por las
que tienen que viajar las señales elctrónicas son más cortas.
Según los científicos, el grafeno podrá estar disponible para uso industrial
dentro de unos 10 años.
Los nanotubos de carbón ofrecen nuevas técnicas de terapia genética
Gracias a los últimos avances
científicos en la medicina, se han logrado identificar muchos de los genes
relacionados con ciertas enfermedades, y actualmente investigaciones utilizan
estos nuevos conocimientos para desarrollar nuevos tratamientos para dichas
enfermedades.
Se cree que se podría reemplazar genes defectuosos o ausentes a través de la
implantación en células humanas desde el exterior del mismo tipo de gen. Este
proceso no resulta sencillo porque, como el ADN no puede traspasar las
membranas células, se requiere la ayuda de un transportador. Ejemplos de este
tipo de transportador incluyen un virus, un lisosoma o péptido especial. Un
equipo europeo de investigadores ha desarrollado un nuevo método para
introducir el ADN en células de mamíferos a través de nanotubos de carbón
modificados.
Los nanotubos de carbón
son estructuras diminutas con forma de aguja y fabricados con átomos de carbón.
Para utilizar nanotubos como transportador de genes, era necesario
modificarlos. El equipo de investigadores logró enlazar al exterior de los
nanotubos de carbón varias cadenas hechas de átomos de carbón y oxígeno cuyo
lateral consiste en un grupo de aminos cargados positivamente (– NH3+). Esta
pequeña alteración hace que los nanotubos sean solubles. Además, los grupos
cargados positivamente atraen a los grupos de fosfatos cargados negativamente
en el esqueleto del ADN. Al utilizar estas fuerzas electrostáticas atractivas,
los científicos lograron fijar de forma sólida plasmidos al exterior de de los
nanotubos. Luego contactaron los híbridos de nanotubo-ADN con su cultivo
celular de células de mamífero.
El resultado fue que los nanotubos de carbón, junto con su cargamento de ADN,
entraron dentro de la célula. Imágenes de microscopio electrónico mostraron la
forma en la que los nanotubos penetraron la membrana celular.
Los nanotubos no dañan a las células porque, a diferencia de los anteriores
sistemas de transporte genética, no desestabilizan la membrana al penetrarla.
Una vez dentro de la célula, los genes resultaron ser funcionales. El uso de
nanotubos de carbón como transportador no se limitará al transplante de genes.
Nuevos avances científicos lograrán que sea posible el transporte de
medicamentos y el desarrollo de otras nuevas técnicas médicas
Nanotecnología en Europa: Estrategias
La Comisión Europea ha extendido el plazo para personas
interesados en participar en la encuesta “Towards a European Strategy for
Nanotechnology” que pretende recoger las opiniones e ideas de especialistas en
nanotecnología para su posterior incorporación en el diseño de una estrategia
europea para la nanotecnología.
Interesados tienen hasta el 15 de octubre para participar en dicha encuesta. El
formulario electrónico de la encuesta se encuentra aquí,
y se estima que participantes tardarán unos 15 minutos en contestar las
preguntas. Los resultados de la encuesta serán publicados en el sitio web de nanoforum.org.
En una conferencia impartida en 1959 por uno de los grandes físicos del siglo pasado, el maravilloso teórico y divulgador Richard Feynman, ya predijo que "había un montón de espacio al fondo" (el título original de la conferencia fue “There’s plenty of room at the bottom”) y auguraba una gran cantidad de nuevos descubrimientos si se pudiera fabricar materiales de dimensiones atómicas o moleculares. Hubo que esperar varios años para que el avance en las técnicas experimentales, culminado en los años 80 con la aparición de la Microscopía Túnel de Barrido (STM) o de Fuerza Atómica (AFM), hiciera posible primero observar los materiales a escala atómica y, después, manipular átomos individuales. Con respecto a qué es la Nanotecnología, empecemos por aclarar el significado del prefijo “nano”: éste hace referencia a la milmillonésima parte de un metro (o de cualquier otra unidad de medida). Para hacernos idea de a qué escala nos referimos, piensa que un átomo es la quinta parte de esa medida, es decir, cinco átomos puestos en línea suman un nanometro. Bien, pues todos los materiales, dispositivos, instrumental, etc., que entren en esa escala, desde 5 a 50 ó 100 átomos es lo que llamamos Nanotecnología.
Su impacto en la vida moderna aún parece una historia de ciencia ficción. Fármacos que trabajan a nivel atómico, microchips capaces de realizar complejos análisis genéticos, generación de fuentes de energía inagotables, construcción de edificios con microrrobots, combates de plagas y contaminación a escala molecular, son sólo algunos de los campos de investigación que se desarrollan con el uso de la nanotecnología, conocimiento que permite manipular la materia a escala nanométrica, es decir, átomo por átomo.
Considerado por la comunidad científica internacional como uno de los más "innovadores y ambiciosos" proyectos de la ciencia moderna, la nanotecnología tiene su antecedente más remoto en un discurso pronunciado en diciembre de 1959 por el físico Richard Feynman, ganador del Premio Nobel, quien estableció las bases de un nuevo campo científico.
Vinculado a la investigación científica desarrollada por las principales instituciones públicas de educación superior, la nanotecnología fomenta un modelo de colaboración interdisciplinario en campos como la llamada nanomedicina -aplicación de técnicas que permitan el diseño de fármacos a nivel molecular-, la nanobiología y el desarrollo de microconductores.
Apenas una década
A pesar de que
hace sólo una década que comenzó el "despegue mundial
de este nuevo campo científico, hoy existen cerca de 3 mil productos generados con nanotecnología, la mayoría para usos industriales, aunque las investigaciones más avanzadas se registran en el campo de la medicina y la biología.
La nanotecnología, es un campo científico que requiere de una colaboración multidisciplinaria muy estrecha que impida que los países menos desarrollados sigan rezagados ante los niveles alcanzados en Estados Unidos, Inglaterra y Japón, donde existe una opinión generalizada de que el futuro de la ciencia y el bienestar que pueda alcanzar la humanidad en un futuro está estrechamente vinculado con nuevas técnicas a nivel molecular.
Hoy día, este campo científico está orientado a la ciencia molecular que hace posible diseñar microchips electrónicos capaces de identificar en sólo ocho minutos, al colocar una gota de sangre, las enfermedades que padeció la familia del paciente y a cuáles puede ser propenso, así como el diseño de modernos fármacos capaces de atacar el cáncer a nivel atómico sin causar daño a las células sanas.
Realidad o ciencia ficción
Sin embargo, a pesar de que se avanza continuamente en el diseño de nuevos medicamentos y técnicas con capacidad de manipular la materia átomo por átomo, no existen fechas precisas para que todos estos adelantos sean una realidad en la vida cotidiana de millones de personas, pues la ciencia, al igual que el arte, también tiene a la imaginación y la creatividad como motores.
Algunas de las investigaciones más recientes en la búsqueda de tratamientos alternativos contra el cáncer fueron difundidas por un grupo de investigadores estadunidenses. En ellas se usaron nanopartículas de oro para el tratamiento del mal, lo que representa un gran logro para el combate contra esta enfermedad, a pesar de que puedan transcurrir varios años antes de su aplicación en seres humanos.
La Nanociencia es un área emergente de la ciencia que se ocupa del estudio de los materiales de muy pequeñas dimensiones.
El significado de la "nano" es una dimensión: 10 elevado a -9.
Esto es: 1 nanometro = 0,000000001 metros.
Es decir, un nanometro es la mil millonésima parte de un metro, o millonésima parte de un milímetro.
También: 1 milímetro = 1.000.000 nanometros.
Una definición de nanociencia es aquella que se ocupa del estudio de los objetos cuyo tamaño es desde cientos a décimas de nanometros.
No hay comentarios:
Publicar un comentario