HISTORIA
El ganador del premio Nobel de Física (1965), Richard
Feynman fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la
nano-ciencia 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 y de aquí se tomó la importancia de las moléculas como
determinantes en los procesos de la vida.
Aquella podría usarse para solucionar muchos de los
problemas de la humanidad, pero también podría generar armas muy potentes.
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. Con todos
estos avances el hombre tuvo una gran fascinación por seguir investigando más
acerca de estas moléculas, ya no en el ámbito de materiales inertes, sino en la
búsqueda de moléculas orgánicas en nuestro organismo.
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 la enfermedad, y no hay que decir
de las ramas de la medicina que han salido más beneficiadas como es la
microbiología, inmunología, fisiología etc.
Con todos estos avances han surgido nuevas ciencias, por
ejemplo, la Ingeniería Genética que hoy en día es discutida debido a
repercusiones como la clonación o la mejora de especies.
DEFINICIÓN
La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis,
manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a
través del control de la materia a nano escala la cual demuestra fenómenos y
propiedades totalmente nuevos. La nanotecnología promete soluciones
vanguardistas y más eficientes para los problemas ambientales, así como muchos
otros enfrentados por la humanidad.
INVERSIÓN
- En los países desarrollados las inversiones en
nanotecnología alcanzan cifras record de más de 1.000 millones de dólares
anuales en Estados Unidos, en Europa y en Japón. Estas inversiones se apoyan en
que la nanotecnología promete desarrollar nuevos productos y aplicaciones a los
ya existentes.
- Algunos países en vías de desarrollo ya destinan
importantes recursos a la investigación en nanotecnología. La nano-medicina es
una de las áreas que más puede contribuir al avance sostenible del Tercer
Mundo, proporcionando nuevos métodos de diagnóstico de enfermedades.
- Actualmente, alrededor de 40 laboratorios en todo el
mundo canalizan grandes cantidades de dinero para la investigación en
nanotecnología. Unas 300 empresas tienen el término "nano" en su
nombre, aunque todavía hay muy pocos productos en el mercado.
- 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 para este año ha destinado 570 millones de dólares a su
National Nanotechnology Initiative.
- Las empresas 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 0,1 %.
- Con la ayuda de programas de acceso a la nanotecnología
se prevé que en 2014 sea del 15 % en el uso y la producción manufacturera.
TIPOS DE NANOTECNOLOGÍA
Según la forma de trabajo la nanotecnología se divide
en:
- TOP-DOWN: Reducción de tamaño. Literalmente desde arriba
(mayor) hasta abajo (menor). Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a
escala nanométrica. Este tipo de Nanotecnología ha sido el más frecuente hasta
la fecha, más concretamente en el ámbito de la electrónica donde predomina la
miniaturización.
- BOTTOM-UP: Auto ensamblado. Literalmente desde abajo
(menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una estructura nanométrica como
una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, se crea un
mecanismo mayor que el mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, que
algunos consideran como el único y "verdadero" enfoque
nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera
extremadamente precisa. De esta manera podremos liberarnos de las limitaciones
de la miniaturización, muy presentes en el campo de la electrónica.
Según el campo en el que se trabaja la nanotecnología se
divide en:
NANOTECNOLOGÍA HÚMEDA
Esta tecnología se basa en sistemas biológicos que
existen en un entorno acuoso incluyendo material genético, membranas, encimas y
otros componentes celulares.
También se basan en organismos vivientes cuyas formas,
funciones y evolución, son gobernados por las interacciones de estructuras de
escalas nanométricas.
NANOTECNOLOGÍA SECA
Es la tecnología que se dedica a la fabricación de
estructuras en carbón, Silicio, materiales inorgánicos, metales y
semiconductores. También está presente en la electrónica, magnetismo y
dispositivos ópticos. Es también confundida con la micro miniaturización.
NANOTECNOLOGÍA SECA Y HÚMEDA
Las últimas propuestas tienden a usar una combinación de
la nanotecnología húmeda y la nanotecnología seca.
Una cadena de ADN se programa para forzar moléculas en
áreas muy específicas dejando que uniones covalentes se formen sólo en áreas
muy específicas.
Las formas resultantes se pueden manipulas para permitir
el control posicional y la fabricación de nano estructuras.
NANOTECNOLOGÍA COMPUTACIONAL
Con esta rama se puede trabajar en el modelado y
simulación de estructuras complejas de escala nanométrica.
Se puede manipular átomos utilizando los nanomanipuladores
controlados por computadoras.
NANOTECNOLOGÍA AVANZADA
La nanotecnología avanzada, a veces también llamada
fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de
nano-sistemas (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) 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 pueden producir máquinas biológicas sofisticadas y 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.
FUTURAS APLICACIONES
Según un informe de un grupo de investigadores de la
Universidad de Toronto, en Canadá, las quince aplicaciones más prometedoras de
la nanotecnología son:
- 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).
APLICACIONES ACTUALES
Nanotecnologia 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 costes 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.
Nanotecnologia Aplicada En Electronica
En el campo de la ingeniería electrónica, las
nanotecnologías se emplean, por ejemplo, en el diseño de dispositivos de
almacenamiento de datos de menor tamaño, más rápidos y con un menor consumo de
energía. Estos son algunos de los campos donde actualmente se están
investigando y se está tratando este nuevo tipo de tecnología, pero no son las
únicas ramas, hay muchas más, con muchos más inventos y con proyectos en
marcha.
Nanorobots
Aunque todavía no se han fabricado nanorobots, existen
múltiples diseños de éstos, incluso no pueden ser del todo robots es decir
pueden hasta ser modificaciones de células normales llamadas también células
artificiales. Las características que éstos deben de cumplir, entre las que se
pueden mencionar:
- Tamaño.- Como el nombre lo indica, los nanorobots deben
de tener un tamaño sumamente pequeño, alrededor de 0.5-3 micras (1micra=1*10-6)
más pequeños que los hematíes (alrededor de 8 micras.
- Componentes.- El tamaño de los engranes o los
componentes que podría tener el nanorobot sería de 1-100 nanómetros
(1nm=1*10-9) y los materiales variaría de diamante como cubierta protectora,
hasta elementos como nitrógeno, hidrógeno, oxigeno, fluoruro, silicón
utilizados quizás para los engranes.
- Velocidad De Procesamiento.- El procesador central del
nanorobot solo poseerá una velocidad de 106-109 operaciones por segundo (será
más lento que la velocidad de procesamiento de una Apple vieja), por lo tanto
una mayor inteligencia de procesamiento no será requerida.
- El Ensamblador.- Se le ha dado el término de
"ensamblador" a aquella pieza del nanorobot que es semejante a un
brazo submicroscópico, cuyas características principales son las de reaccionar
con compuestos, construir secuencias de moléculas y quizás la de copiarse a sí
mismo, teniendo con esto la capacidad de auto replicarse. Se le puede comparar con los ribosomas, las organelas
encargadas de la trascripción y traducción de proteínas. Según los recientes
diseños el brazo del ensamblador seria de diamante, de 100 nm de largo por 30
nm de diámetro y su tamaño será más grande que el del ribosoma pero más pequeño
que la Escherichia coli. Todo esto suena muy complejo, pero cuando se llegue a
la tecnología para fabricarlo será relativamente económico.
Nanotecnología aplicada en medicina
Existe un proyecto aplicado a la parte de medicina, el
cual es llamado "Ingeniería Inyectable De Tejidos". En donde se
dejaran atrás las cirugías, específicamente el trasplante de órganos, debido a
que se implementara una medida, en donde se inyecten articulaciones con mezclas
diseñadas de polímeros, células y estimuladores de crecimiento que formen
tejidos sanos en el cuerpo. Si se tuviera un sistema así, evitaríamos muchas
muertes y se mejoraría la calidad de muchas personas, pues en la actualidad hay
demasiadas personas enfermas que necesitan de algún trasplante.
Por otro lado podemos destacar la implementación de nano
partículas que contienen fármacos, en el cuerpo para eliminar las células
cancerígenas que se encuentran dentro de las personas. Igualmente todo esto no
puede ser en un mismo instante, hay que ir paso a paso, sin saltarlos, para que
así se cumpla el objetivo, estas son recomendaciones de uno de los científicos
que labora en esta ciencia.
Nanosatélites
Las aplicaciones más inmediatas de la Nanotecnología se
dirigen al sector de la exploración espacial. Entre éstas, podemos hablar de
bases de lanzamiento de gran altitud, estaciones espaciales, vehículos ligeros
y muy resistentes, naves personales para viajar por el espacio o los conocidos
nano satélites, como el NANOSAT , un proyecto de desarrollo de un nano satélite
español, iniciado en 1995.
El NANOSAT parte de un concepto ideado en el INTA y cuya
gestión y construcción se realiza totalmente en España, partiendo de una nueva
filosofía de diseño: más pequeño, más potente, más rápido, con una aplicación
específica concreta, con mayores prestaciones y menor consumo. El éxito en este
proyecto de vanguardia puede suponer una importante presencia española en la
futura "pequeña revolución en el espacio".
La Nanotecnología Aplicada Al Medio Ambiente
La Nanotecnología podría será la tecnología salvadora
del planeta Tierra, que se vería favorecida con la creación de nuevos
materiales, duraderos y capaces de no contaminar. En los procesos productivos
no se generarían residuos, las materias primas se podrían fabricar a partir de
sus componentes y sin generar subproductos tóxicos, y se aprovecharía la
inagotable energía solar.
DIFERENCIAS ENTRE NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA
La nanociencia es el estudio del fenómeno y la
manipulación de la materia a escala nanométrica (0.1 a 100 nm), mientras que la
nanotecnología se trata del diseño, caracterización, producción y aplicación de
estructuras, dispositivos y sistemas a través del control del tamaño y la forma
a nano escala. Comúnmente se utiliza el término nanotecnología para referirse a
ambas disciplinas.
Un nanómetro es la unidad de longitud que equivale a una
millonésima parte de un metro (1x10-9m). En esta escala, las propiedades
físicas, químicas y/o biológicas de los materiales, objetos, sistemas, etc.,
difieren de manera fundamental de las propiedades de los mismos a tamaño
micro/macroscópico, por lo que la investigación y desarrollo de la
nanotecnología se orienta a la comprensión y creación de materiales mejorados,
dispositivos y sistemas que exploten estas nuevas propiedades. En este sentido,
la nanotecnología promete una mejor comprensión de la naturaleza y de la vida
misma en donde el tamaño y la forma son importantes.
A su vez, la física, la química, la ciencia de los
materiales, la simulación computacional y la ingeniería, convergen hacia los
mismos principios teóricos y técnicas experimentales, posibilitando avances
tecnológicos extraordinarios por la sinergia interdisciplinaria y las
iniciativas tomadas por varios sectores y países.
En general, los expertos en el mundo coinciden en que la
nanotecnología tiene el potencial para desarrollar herramientas de manufactura
y procedimientos médicos sin precedente e incluso influir en la sociedad y las
relaciones internacionales. Por ello, es considerada una mega tendencia y una
tecnología disruptiva. Así, la nanotecnología promete incrementar la eficiencia
en la industria tradicional y desarrollar nuevas aplicaciones radicales a
través de las tecnologías emergentes. La Internet, referida hasta hace pocos
años como la revolución de la siguiente generación, palidece en contraste con
este nuevo fenómeno.
Son múltiples las áreas en las que la nanotecnología
tiene aplicaciones potenciales. Su avance repercutirá en una amplia gama de
industrias como la de cosméticos, la farmacéutica, los electrodomésticos, la
del cuidado personal, la construcción, las comunicaciones, la de seguridad y
defensa, la automotriz y la aeroespacial, entre otras. El entorno también se
beneficiara, en tanto que la producción de energía será más económica y limpia
y se utilizaran materiales más ecológicos.
En el mercado se encuentra ya disponibles aplicaciones
de esta naturaleza. Por ejemplo, los materiales nano estructurados ya son
utilizados en productos como bolas de tenis, golf o boliche (a modo de reducir
el número de giros que dan las mismas); en la fabricación de neumáticos de alto
rendimiento; en la fabricación de telas con propiedades anti-manchas o
antiarrugas; en cosméticos, fármacos y nuevos tratamientos terapéuticos; en filtros
membranas de agua nano estructurados y remediaciones medioambientales; en la
mejora de procesos productivos mediante la introducción de materiales más
resistentes o eficientes (tanto industriales como agroindustriales); en el
diseño de nuevos materiales para el uso en la electrónica, la aeronáutica y
prácticamente toda la industria del transporte.
En estos momentos la nanociencia y la nanotecnología aún
se encuentran en una etapa temprana de investigación y desarrollo, en la que
las investigaciones y la mayoría de las inversiones, están dirigidas hacia la
comprensión de los fenómenos de la nano escala, los procesos y la creación de
nuevos materiales o nano estructuras. Las tendencias tecnológicas hacia el año
2020 en el mundo, apuntan a la transición de los nano materiales a los nano
sistemas, mediante la construcción de sistemas nano escalares que requerirán
del uso combinado de las leyes de la nano escala, principios biológicos,
tecnología de la información e integración de sistemas.
Las innovaciones basadas en nanotecnología darán
respuesta a gran número de los actuales problemas y necesidades de la sociedad
y suponen un enorme desafío para las futuras actividades industriales y
económicas en las que, a menudo ya se le considera como el motor de la próxima
revolución industrial. Entre este inmenso abanico de posibilidades y tras
operar la dispersión de los posicionamientos iníciales, es ilícito preguntase
sobre los ámbitos en los que se está concentrando nuestro conocimiento, sobre
nuestras apuestas y desafíos sobre los riesgos asumidos en fin, sobre las
expectativas de desarrollo y aplicación.
CONSECUENCIAS Y PELIGROS DE LA NANOTECNOLOGÍA
Quizás el mayor temor que las personas sienten cuando
una nueva tecnología emerge es la seguridad propia o mundial. Los peligros de
la tecnología han quedado manifiestos con las bombas nucleares, en donde en ese
tiempo hubo la conmoción de las posibilidades y repercusiones que puede tener
una tecnología aplicada a fines militares.
ACCIDENTE BIOLÓGICO
Un peligro que puede tener el nano invento es sin duda
si éste se puede replicar. La mayoría de la gente cuando escucha que una
maquina pudiera auto replicarse teme que ésta pueda salirse de control de las
manos del hombre. Para seguridad de estas personas Ralph Merckle en la primera
conferencia de nanotecnología del Instituto Foresight dice de manera resumida:
"Para prevenir esto al nanorobot, en la fábrica se le tiene que abastecer
siempre de suficiente energía y partes, ya que de lo contrario como sucede con
las bacterias el nanorobot podría sintetizar sus propias partes lo cual sería
muy peligroso".
Además enfatiza que nunca se le daría a un nanorobot una
fuente de energía que fuera un compuesto abundante en la naturaleza.
Si todo esto no se llegara a cumplir el nanorobot se
podría escapar del control de los humanos y constituir un verdadero problema
semejante o aun peor que los virus.
ABUSOS
Este será principalmente el mayor problema que traerá la
nanotecnología, ya que ésta se puede utilizar tanto para fines benéficos como
para fines no muy buenos. Prueba de ello es que los terroristas tendrán nuevas
herramientas para poder matar a más gente, pero la solución de esto será la
regulación que deberá de tener a nivel internacional y la planeación de
programas para impedir que esto suceda, así como de protocolos para regular la
producción de nuevos nanoinventos. Hay que decir que lo más peligroso sería
intentar detener esta tecnología ya que con estos los investigadores se verían
atados de manos y los militares quizás los reclutarían para llevar a cabo
programas clasificados.
En el ámbito medico quizás la organización encargada en
la regulación de que nano inventos deberán de salir al mercado será la FDA.
