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La Nanotecnología (página 3)

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3.4 NANOTECNOLOGÍA BASADA EN EL ADN

La nanotecnología comprende básicamente un conjunto de técnicas con aplicaciones potenciales en la mayoría de los sectores industriales existentes en la actualidad, y con el potencial de ayudar a crear nuevas industrias. Estas técnicas comparten el objetivo de hacer cosas cada vez más pequeñas, más pequeñas de hecho que los límites físicos establecidos en los microchips (100 nanometros, o 100 millonésimas de un milímetro) aunque más grandes, naturalmente, que el átomo individual (0,1 nanometros). A menudo se distinguen dos enfoques: la miniaturización de arriba a abajo de microtecnologías y la construcción controlada de abajo a arriba de materiales y dispositivos a partir de átomos y moléculas individuales.

La nanotecnología puede utilizarse para investigación en ciencia de los materiales, física, química, biología y medicina. Además, a veces se considera como una opción futura para el desarrollo, o incluso en ciertos casos ya en uso, en I&D en materiales y producción industrial (tecnología de ultra precisión), catálisis, electrónica, productos farmacéuticos (fármacos inteligentes), tecnologías biomédicas, (órganos artificiales), energía (nuevos materiales fotovoltaicos, baterías) y detección ambiental. Algunos productos están ya o van a estar próximamente en el mercado. Estos productos son principalmente nuevos materiales nanoestructurados e instrumentos y técnicas para su fabricación. Los ejemplos incluyen láseres en reproductores de CD, espejos y lentes de alta calidad e incluso lápices de labios

Lograr dirigir el movimiento atómico dentro de la molécula de ADN  permite generar sistemáticamente cada molécula al menos dos estados, cada uno puede representar, ora 0, ora 1. Esta fue la hipótesis de la que se partió y los éxitos aunque modestos de apariencia han sido rotundos.

Esa tesis permitió organizar computadoras que ofrecen reducciones del tamaño de los equipos porque son intrínsecamente pequeños: una milésima del tamaño de los transistores del semiconductor utilizados hoy como puertas cuyo diámetro ronda la micra, o sea, una millonésima de metro. De hecho, un ordenador biomolecular podría ser la quincuagésima parte (cincuenta veces menor) de un ordenador actual de semiconductores que contuviera similar número de elementos lógicos.

La reducción del tamaño de las puertas desemboca en dispositivos más veloces; los ordenadores de base proteínica podrán, operar a velocidades mil veces mayores que los ordenadores modernos. Hasta ahora, nadie propone un ordenador puramente molecular. Es mucho más probable, al menos en un futuro cercano, que se utilice una tecnología híbrida, que combine moléculas y semiconductores. Tal proceder debería proporcionar ordenadores cincuenta veces menores que los actuales y centuplicar su velocidad.

Las moléculas biológicas confieren así el control necesario para crear puertas que funcionen de acuerdo con los requerimientos de una aplicación. Parece razonable pronosticar que la técnica híbrida, que conjuga microcircuitos semiconductores y moléculas biológicas, pasará bastante pronto del dominio de la fantasía científica a las aplicaciones comerciales. La pantallas de cristal líquido ofrecen un espléndido ejemplo del sistema híbrido que ha triunfado. Casi todos los ordenadores portátiles de nuestros días se basan en pantallas de cristal líquido, que combinan dispositivos semiconductores con moléculas orgánicas para controlar la intensidad de la imagen en la pantalla. Son varias las moléculas biológicas que se podrían utilizar con vistas a su utilización en componentes informáticos, pero de todas ellas, es una proteína bacteriana, la bacteriorrodopsina la que suscita mayor interés.

3.4.1 MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN GENÉTICO

En el año de 1980, nació la idea de utilizar las moléculas de ADN como material de construcción a nanoescala. La idea se basa en utilizar variantes estables de intermediaros bifurcados de la recombinación genética (Cruces de Holliday), como elementos básicos para materiales a nanoescala. Al combinar estas moléculas bifurcadas con extremos cohesivos, se pueden producir redes periódicas que puedan actuar como anfitrionas hacia macromoléculas huéspedes en experientos cristalográficos macromoleculares. La idea básica ha sido expuesta por casi un cuarto de siglo, sin embargo, aún esta en su infancia.

3.4.1.a Extremos Cohesivos (Sticky Ends)

El origen de los extremos cohesivos se remonta a inicios de los años 70, cuando las técnicas de manipulación genética in vitro fueron realizadas inicialmente apilando moléculas de ADN con estos extremos cohesivos.

Un extremo cohesivo es una corta hebra de ADN que existe como una pequeña protuberancia al final de una molécula de doble hélice de ADN.

La ventaja de los extremos cohesivos es que dos moléculas de ADN con extremos cohesivos complementarios (es decir, sus. extremos cohesivos poseen el arreglo complementario de bases de nucleótidos adenina, citosina, guanina y tirosina) se unen para formar una molécula de ADN más compleja.

Los extremos cohesivos son sin duda el mejor ejemplo de reconocimiento molecular programable: hay significativamente, una gran variedad de extremos cohesivos, y el producto formado debido a la cohesión es siempre la clásica doble hélice del ADN.

Además, la conveniencia de la síntesis de ADN basado en soportes sólidos hace n mas facil programar diversas secuencias de extremos cohesivos en las hebras de ADN.

Por lo tanto, los extremos cohesivos ofrecen un predecible y controlado asociamiento intermolecular con una geometría impredecible con el punto de cohesión. Posiblemente se puede obtener afinidades similares entre las interacciones antigeno- anticuerpo, pero en contraste con los extremos cohesivos de ADN, la orientación tridimensional de las interacciones Antigeno- anticuerpo no van a ser predecibles entre cada par. Es decir, cada interacción Antigeno- anticuerpo e va a comportar de diferente manera, siendo casi imposible predecir una geometría determinada que englobe dicha interacción.

Los ácidos nucleicos parecen ser únicos en estas propiedades, ofreciendo un sistema programable y diverso, con un remarcable control sobre las interacciones intermoleculares.

A pesar de que los extremos cohesivos resultaron una gran alternativa para definir por primera vez a la programación molecular, las moléculas de ADN aun carecían de una propiedad importante para ser utilizadas como material de construcción a nanoescala. Y es que formando moléculas de ADN lineales. Pero para producir materiales interesantes a partir de ADN, la síntesis era requerida en múltiples dimensiones, para este puposito moléculas bifurcadas de ADN eran requeridas.

3.4.1.b Formación de un Cruce de Holliday

El cruce de holliday contiene cuatro hebras de ADN (cada par de cromosomas homólogos alineados esta compuesto de 2 hebras de ADN) enlazadas entre ellas para formar un brazo de cuatro dobles enlaces.

El punto de bifurcación en el cruce de holliday puede reubicarse debido a la simetría de las secuencias. En contraste, complejos sintéticos de ADN pueden diseñarse para formar bifurcaciones que imiten el cruce de holliday sin que este pueda poseer centros de simetría.

3.4.1.c Un Cruce bifurcado de Holliday inmovilizado

El cruce d holliday esta compuesto de 4 hebras de ADN, marcados con números árabes. El termino 3 de cada molécula esta indicado por flechas.

Cada hebra esta enlazada con otras dos hebras para formar brazos de doble hélice, los brazos están enumerados con números romanos. Lo enlaces de hidrogeno de los pares de bases que forman la doble hélice están indicados por los puntos entre las bases. La secuencia de este cruce ah sido optimizada para minimizar las simetrías y las faltas de pares complementarios. Debido a que no hay simetría C2 flanqueando el centro de bifurcación, este cruce no puede sobrellevar reacciones de isomerización que permitan la migración del punto de bifurcación. La molécula ah sido diseñada para minimizar secuencias simétrica; esto significa que todos los segmentos de secuencias cortos son únicos. En la parte de arriba del brazo 1, dos de los 52 tetrámeros en el complejo están marcados, estos son CGCA y GCAA en la esquina de la hebra 1, la secuencia CGTA esta marcada también. Esta es una de las 12 secuencias en l complejo que forman el cruce. El complemento de cada una de estas 12 secuencias no esta presente en el complejo, lo que no les va a permitir formar doble hélices. Mientras que los otro elementos tetrameritos si poseen sus complementos y forman los brazos de doble hélice.

Cruce de Holliday sintetizado

La síntesis de este complejo no va a permitir poseer un cruce bifurcado de holliday inmóvil. Esta síntesis es de gran importancia, ya que seria el "bosquejo" de la molécula de ADN que buscamos para que funcione como una unidad estructural de futuros compuestos en escala manométrica.

Por lo tanto, la prescripción para usar el ADN como elemento básico para la formación de materiales mas complejos a una escala manométrica es simple: tomar molécula sintéticas de ADN con bifurcaciones y programarlas con extremos cohesivos, para permitirán autoensamblaje a la estructura deseada, el cual puede ser objeto cerrado a un medio cristalino.

3.4.2 AVANCES DE LA NANOTECNOLOGÍA BASADA EN EL ADN

3.4.2.a Un Cubo hecho de ADN

El primer gran éxito de la nanotecnologia basad en ADN fue la construcción de una molécula de ADN con los ejes de sus hélices conectados como los lados de una figura cúbica. Este objeto consiste d seis hebras de ADN cíclicas, una para cada cara del poliedro. Cada vértice del cubo consiste de dos vueltas de la doble hélice.

3.4.2.b Doble entrecruzamiento del ADN (DX-Double Crossover)

La idea que siguió a la formación del cubo basado en ADN, fue la construcción de arreglos periódicos de ADN y aprovechar a los extremos cohesivos para que puedan autoensamblarse. Sin embargo, los cruzamientos de Holliday resultaron algo flexibles y muy inestables al momento de producir arreglos en dos dimensiones, por lo tanto, se busco otro motivo de ADN que tengo menor flexibilidad y mayor dureza. Este nuevo motivo no estuvo muy lejano al ya conocido cruce de holliday, mas bien, fue una estructura similar llamada doble entrecruzamiento de holliday que también es análoga a un intermediario formado durante la meiosis. Este nuevo motivo molecular contiene do dobles hélices conectadas una a otra en dos ocasiones a través de dos puntos de entrecruzamiento.

3.4.2.c Arreglo de Doble Entrecuzamiento de ADN.

En la parte superior del dibujo mostrado se presentan a las dos moléculas de doble entrecruzamiento A y B, que se muestran esquemáticamente.

Arreglos con doble entrecruzamiento del ADN

El carácter complementario entre sus extremos cohesivos es representado por una complementariedad geométrica. Las moléculas b contienen orquilla de ADN que se proyectan fuera del plano de las hélices; estas horquillas actúan como marcadores topográficos en el microscopio de fuerza atómica que es el instrumento donde se visualizan. Las dos moléculas son de aproximadamente 4 nm de ancho, 16 nm de largo y 2 nm de espesor. Cuando estas 2 moléculas son mezcladas en solución, forman los arreglos bidimensionales que tienen varios micrones de largo y cientos de nanometros de ancho. La filia que proyectan las orquídeas aparecen como líneas blancas la ser visualidades por AFM. Estas líneas están separadas 32 nm como era de esperarse, al haber una molécula A de 16 nm de largo entre dos moléculas de A de 16 nm de largo entre dos molécula de B.

3.4.2.d Triple entrecruzamiento del ADN (Triple Crossover)

Además de la molécula de doble cruzamiento de ADN, se sintetizó una molécula entrecruzada con tres dobles hélices.

Triple entrecruzamiento de heras de ADN

Esta molécula consiste de 4 oligonucleótidos hibridizados para formar tres dobles hélices de ADN que se recuestan en el plano y que permanecen unidas por intercambios de hebras en cuatro puntos inmovibles de entrecruzamiento.

3.4.2.e Arreglo del triple entrecruzamiento del ADN (TX)

De la misma manera que para las moléculas de doble entrecruzamiento, moléculas TX son también robustas y pueden ser fácilmente usadas para el diseño de arreglos cristalinos en dos dimensiones.

Arreglo con triple Entrecruzamiento del ADN

Nuevamente, hacemos uso de los extremos cohesivos para programar las uniones entre las moléculas. Una ventaja importante de las moléculas de TX en comparación a otros motivos de ADN, es q poseemos grandes espacios dentro del arreglo cristalino, que nos va poder permitir llenarlas con otros nanodispositivos o incluso permitir la incorporación de componentes altamente estructurados y fuera del plano bidimensional; es decir, un posible acercamiento a los tan esperados arreglos en tres dimensiones.

Arreglo en ADN

3.4.2.f Primer dispositivo nanomecánico basado en ADN

La rigidez de las moléculas antiparelelas de doble entrecruzamiento ha permitido usarlas como componentes de dispositivos nanomecanicos basados en ADN. Este dispositivo trabaja utilizando la transición B-Z de las moléculas de doble hélice del ADN. Lo que se ha logrado, es conectar dos moléculas de doble entrecruzamiento (regiones rojas y azules) con un segmento puente que contiene una región donde B-ADN se puede convertir en Z-ADN. Este segmento convertible se muestra en el dibujo con color amarillo.

3.5 LA NANOTECNOLOGÍA EN LA EXPLORACIÓN ESPACIAL

En los laboratorios de todo el país, la NASA está apoyando la floreciente ciencia de la nanotecnología. La idea básica es aprender a tratar la materia a escala atómica —poder controlar con la suficiente precisión— átomos individuales y moléculas para diseñar máquinas del tamaño de una molécula, electrónica avanzada y materiales "inteligentes". Si los visionarios están en lo cierto, la nanotecnología podría llevar a robots que usted podría sostener en la yema del dedo, trajes espaciales autorreparables, ascensores espaciales y otros fantásticos dispositivos. El cabal desarrollo de algunas de estas cosas puede llevar más de 20 años; otras están tomando forma en el laboratorio hoy en día.

3.5.1 Pensando en lo pequeño

Sencillamente, hacer cosas más pequeñas tiene sus ventajas. Imagínese, por ejemplo, que los vehículos de Marte, Spirit y Opportunity, se hubiesen podido construir tan pequeños como un escarabajo, y pudiesen correr rápidamente como éste por rocas y arena, tomando muestras de minerales y buscando evidencia sobre la historia del agua de Marte. ¡Cientos de miles de estos diminutos robots podrían haberse enviado en las mismas cápsulas que llevaron a los dos vehículos del tamaño de un escritorio, permitiendo a los científicos explorar mucha más superficie del planeta —¡e incrementando las probabilidades de encontrar una bacteria marciana fosilizada!

Pero la nanotecnología va más allá de sólo la reducción de objetos. Cuando los científicos puedan ordenar y estructurar a voluntad la materia a nivel molecular, nuevas y asombrosas propiedades podrían surgir en cualquier momento.

Un excelente ejemplo, preferido del mundo nanotecnológico, es el nanotubo de carbono. En estado natural el carbono aparece como grafito —el blando y negro material usado habitualmente en la mina de los lápices— y como diamante. La única diferencia entre los dos es la organización de los átomos de carbono. Cuando los científicos colocan los mismos átomos de carbono en un modelo de "red metálica" y los enrollan en minúsculos tubos de tan sólo 10 átomos de diámetro, los "nanotubos" resultantes adquieren algunas características extraordinarias. Los nanotubos:

  • tienen 100 veces la resistencia del acero, pero sólo 1/6 de su peso;
  • son 40 veces más fuertes que las fibras de grafito;
  • conducen la electricidad mejor que el cobre;
  • pueden ser conductores o semiconductores (como los microprocesadores del computador), dependiendo de la colocación de los átomos;
  • y son excelentes conductores de calor.

Actualmente la mayor parte de la investigación mundial en nanotecnología se centra en estos nanotubos. Los científicos han propuesto usarlos en un amplio abanico de aplicaciones: en cables de alta resistencia y bajo peso necesarios para un ascensor espacial; como alambres moleculares para nanoelectrónica; integrados en microprocesadores para ayudar a disipar el calor; y como barras de transmisión y engranajes en nanomáquinas, para mencionar sólo algunos ejemplos.

Los nanotubos ocupan un lugar relevante en la investigación llevada a cabo en el Centro de Nanotecnología de Ames de la NASA (CNT). El centro se creó en 1997 y actualmente emplea a casi 50 investigadores a tiempo completo.

"Intentamos centrarnos en tecnologías que puedan dar lugar a productos utilizables dentro de unos pocos años a una década," dice el director de CNT, Meyya Meyyappan. "Por ejemplo, estamos mirando cómo los nanomateriales podrían ser utilizados para sostener vida avanzada, secuenciadores de ADN, computadores superpotentes, y pequeños sensores de productos químicos, o incluso sensores del cáncer."

Un sensor químico que ellos desarrollan usando nanotubos volará el próximo año al espacio en una misión de demostración a bordo de un cohete de la Armada. Este diminuto sensor puede detectar cantidades tan pequeñas como unas pocas partes por mil millones de sustancias químicas específicas —tales como gases tóxicos— resultando útil tanto para la exploración espacial como para la defensa del país. CNT también ha desarrollado un modo de utilizar nanotubos para refrigerar los microprocesadores de computadores personales, un reto de primer orden a medida que los CPUs se hacen cada vez más potentes. Esta tecnología de refrigeración ha sido autorizada a una empresa de reciente creación de Santa Clara, California, llamada Nanoconducción, e Intel también ha demostrado interés, dice Meyyappan.

3.5.2 Diseñando el futuro

Si estas aplicaciones a corto plazo de la nanotecnología parecen impresionantes, las posibilidades a largo plazo son realmente increíbles.

El Instituto de Ideas Avanzadas de la NASA (NIAC), una organización independiente y financiada por la NASA, ubicada en Atlanta, Georgia, fue creada para promover la investigación avanzada en tecnologías radicales del espacio que tardará de 10 a 40 años en dar sus primeros frutos.

Por ejemplo, una reciente subvención de NIAC financió un estudio de factibilidad para la nanoindustria —en otras palabras, la utilización de grandes cantidades de máquinas moleculares microscópicas para producir cualquier objeto que se desee, ensamblándolo ¡átomo por átomo!

Esta subvención de NIAC fue concedida a Chris Phoenix del Centro de Nanotecnología Responsable.

En la página 112 de su informe, Phoenix explica que una "nanofábrica" de esta índole podría producir, dice, piezas de astronaves con precisión atómica, lo cual significa que cada átomo dentro del objeto está colocado exactamente en donde corresponde. La pieza resultante sería extremadamente fuerte, y su forma podría estar dentro de la anchura de diseño ideal con no más de un solo átomo de diferencia. Superficies ultra-lisas no necesitarían limpieza ni lubricación, y prácticamente no sufrirían deterioro por el paso del tiempo. Una tan alta precisión y fiabilidad de las piezas de una astronave es de máxima importancia cuando está en juego la vida de los astronautas.

Aunque Phoenix esbozó algunas ideas de diseño de una nanofábrica de oficina en su informe, reconoce que —a excepción de un "Proyecto Nanhattan" de gran presupuesto, como él lo llama— para una nanofábrica funcional, tardaría como mínimo una década, y probablemente mucho más.

Tomando ejemplo de la biología, Constantinos Mavroides, director del Laboratorio de Bionanorrobótica Computacional del la Universidad del Nordeste, de Boston, está explorando un planteamiento alternativo sobre aplicación de la nanotecnología:

En lugar de empezar desde cero, las ideas del estudio de Mavroidis financiado por NIAC emplean "máquinas" moleculares y funcionales preexistentes que pueden ser encontradas en toda célula viva: moléculas de DNA, proteínas, enzimas, etc.

Formadas por una evolución de millones de años, estas moléculas biológicas se encuentran ya completamente adaptadas a la manipulación a escala molecular de la materia —la razón por la cual una planta puede combinar aire, agua y desechos, y producir una jugosa fresa roja, y el cuerpo de una persona puede convertir la cena de la noche pasada en los nuevos glóbulos rojos de hoy. La reorganización de átomos que hace que todo esto sea posible es llevada a cabo por cientos de enzimas y proteínas especializadas, y el DNA guarda el código para llevar a cabo el proceso.La utilización de estas máquinas moleculares "pre-existentes" —o usándolas como puntos de partida para nuevos diseños— es una derivación popular de la nanotecnología, llamada "bio-nanotecnología".

"¿Por qué reinventar la rueda?" se pregunta Mavroidis. "La naturaleza nos ha dado toda esta grande y altamente perfeccionada nanotecnología dentro de los seres vivos, así que ¿Por qué no usarla, e intentar aprender algo de ella?"

Los usos específicos de la bio-nanotecnología que Mavroidis propone en su estudio son muy futuristas. Una idea consiste en cubrir con una especie de "tela de araña" de tubos del grosor de un cabello, llena de detectores bionanotecnológicos, docenas de millas de terreno, para cartografiar con gran detalle el entorno de algún planeta extraterrestre. Otra idea que propone es una "segunda piel" que los astronautas llevarían debajo de sus trajes espaciales, la cual usaría bio-nanotecnología para detectar y reaccionar a la radiación que atravesara el traje, y sellar rápidamente todo corte o pinchazo.

¿Futurista? Sin duda. ¿Posible? Quizás. Mavroidis admite que faltan probablemente décadas para tecnologías semejantes, y que la tecnología del futuro será probablemente muy diferente de como la imaginamos actualmente. De todas formas, cree que es importante que se empiece a pensar ahora en lo que la nanotecnología podría hacer posible dentro de muchos años.

Considerando que la vida misma es, en cierto sentido, el máximo ejemplo de nanotecnología, las posibilidades son verdaderamente apasionantes.

3.6 NANOTECNOLOGÍA EN LA INFORMÁTICA

Nuevos avances en nanotecnología pone a tiro a las supercomputadoras del mañana. Dentro de unos años, las computadoras serán bastante diferentes de las actuales. Los avances en el campo de la nanotecnología harán que las computadoras dejen de utilizar el silicio como sistema para integrar los transistores que la componen y empiecen a manejarse con lo que se llama mecánica cuántica, lo que hará que utilicen transistores a escala atómica.

2010, el tamaño de los transistores o chips llegará a límites de integración con la tecnología actual, y ya no se podrán empaquetar más transistores en un área de silicio, entonces se entrará al nivel atómico o lo que se conoce como mecánica cuántica. Las computadoras convencionales trabajan simbolizando datos como series de unos y ceros –dígitos binarios conocidos como bits. El código binario resultante es conducido a través de transistores, switches que pueden encenderse o prenderse para simbolizar un uno o un cero. Las computadoras cuánticas, sin embargo, utilizan un fenómeno físico conocido como "superposición", donde objetos de tamaño infinitesimal como electrones o átomos pueden existir en dos o más lugares al mismo tiempo, o girar en direcciones opuestas al mismo tiempo. Esto significa que las computadoras creadas con procesadores superpuestos puedan utilizar bits cuánticos –llamados qubits- que pueden existir en los estados de encendido y apagado simultáneamente. De esta manera, estas computadoras cuánticas pueden calcular cada combinación de encendido y apagado al mismo tiempo, lo que las haría muchísimo más veloces que los actuales procesadores de datos a la hora de resolver ciertos problemas complejos de cálculos matemáticos. La investigación de la computación cuántica está ganando terreno rápidamente en laboratorios de investigación militares, de inteligencia y universidades alrededor del planeta. Entre otros, están involucrados gigantes como AT&T, IBM, Hewlett-Packard, Lucent and Microsoft .

En electrónica, miniaturización es sinónimo de éxito. Reducir el tamaño de los circuitos integrados implica una respuesta más rápida y un menor consumo de energía. Y en esta escalada hacia lo extremadamente pequeño, la nanotecnología se convierte en un aliado imprescindible. 3.6.1 Informática a Nanoescala

Hasta ahora nos habíamos habituado a que la Ley de Moore, que afirma que la capacidad de nuestros ordenadores se dobla cada 18 meses, se cumpliera a rajatabla. Pero la realidad muestra que, utilizando la tecnología convencional, que utiliza los transistores como pieza básica, este desarrollo alcanzará pronto sus límites. La alternativa para que el progreso no se detenga es crear los dispositivos de almacenamiento a escala molecular, nuevos métodos de cálculo, interruptores moleculares y cables de tubos de carbono estirados. En definitiva, lo que se conoce como ordenadores cuánticos. El primer paso hacia estos dispositivos se producía a finales de agosto de 2001, cuando los investigadores de IBM crearon un circuito capaz de ejecutar cálculos lógicos simples mediante un nanotubo de carbono autoensamblado. En estos momentos es la empresa Hewlett-Packard la que se encuentra más cerca de crear una tecnología capaz de sustituir a los actuales procesadores. Hace tan solo unos meses daban un paso de gigante al lograr que una nueva técnica basada en sistemas usados actualmente en matemáticas, criptografía y telecomunicaciones les permita crear dispositivos con equipos mil veces más económicos que los actuales. La compañía promete que habrá chips de sólo 32 nanómetros en el mercado dentro de 8 años. Otras empresas como IBM o Intel le siguen de cerca. En concreto, en el marco de la First Internacional Nanotechnology Conference celebrada el pasado mes de junio, Intel desvelaba por primera vez públicamente sus planes para el desarrollo de chips de tamaño inferior a 10 nanómetros, combinando el silicio con otras tecnologías que están aún en sus primeras fases de investigación. Tan importante como la velocidad de procesamiento es la capacidad de almacenamiento. Eso lo sabe bien Nantero, una empresa de nanotecnología que trabaja en el desarrollo de la NRAM. Se trata de un chip de memoria de acceso aleatorio no volátil y basada en nanotubos. Sus creadores aseguran que podría reemplazar a las actuales memorias SRAM, DRAM y flash, convirtiéndose en la memoria universal para teléfonos móviles, reproductores MP3, cámaras digitales y PDAs. Por su parte, investigadores de la Texas A&M University y del Rensselaer Polytechnic Institute han diseñado un tipo memoria flash de nanotubo que tiene una capacidad potencial de 40 gigas por centímetro cuadrado y 1000 terabits por centímetro cúbico. Y la compañía Philips trabaja en una nueva tecnología de almacenamiento óptico que permite el almacenaje de hasta 150 gigabytes de datos en dos capas sobre un medio óptico similar a los actuales DVDs. 3.6.2 Computadoras casi invisibles La nanotecnología será un salto importante en la reducción de los componentes, y ya hay avances, pero muchos de estos adelantos se consideran secretos de las empresas que los están desarrollando. El tamaño de las computadoras del futuro también podría sorprender, ya que podría ser la quincuagésima parte (cincuenta veces menor) de una computadora actual de semiconductores que contuviera similar número de elementos lógicos. La reducción del tamaño desemboca en dispositivos más veloces; las computadoras podrán operar a velocidades mil veces mayores que las actuales. Algunos estudios pronostican que la técnica híbrida, que conjuga microcircuitos semiconductores y moléculas biológicas, pasará bastante pronto del dominio de la fantasía científica a las aplicaciones comerciales. Las pantallas de cristal líquido ofrecen un espléndido ejemplo del sistema híbrido que ha triunfado. Casi todas las computadoras portátiles utilizan pantallas de cristal líquido, que combinan dispositivos semiconductores con moléculas orgánicas para controlar la intensidad de la imagen en la pantalla. Son varias las moléculas biológicas que se podrían utilizar con vistas a su utilización en componentes informáticos.

3.7 NANOTECNOLOGÍA EN LOS DEPORTES

Los últimos avances en la investigación sobre nanotecnología podrán afectar de forma importante el mundo del deporte. Según un artículo en USA TODAY, la empresa NanoDynamics proyecta vender una pelota de golf que promete reducir de forma dramática los giros y movimientos a los que puedan estar sujetas las pelotas durante un partido de golf.

La empresa dice que ha descubierto cómo alterar los materiales en una pelota de golf a nivel molecular para que el peso dentro se mueva menos mientras gira la pelota. Cuánto menos se mueva, más recto va la pelota. "Se trata de controlar a través de la Física cómo se gira la pelota" según el consejero delegado de NanoDynamics, Keith Blakely. Desde hace tiempo los avances tecnológicos influyen en el deporte. En cascos de bicicleta, ropa deportiva. Un ejemplo de cómo los avances científicos pueden influir en el deporte es el tenis. Hasta hace unas décadas, las raquetas de tenis estaban hechas de madera. En los años ochenta las mejores raquetas se fabricaban con grafito. Conforme los materiales se hacían más firmes y más ligeros, en el juego empezaba a predominar la velocidad y los saques potentes.

Ahora parece que la nanotecnología empieza a afectar a los deportes. Hasta el momento en el mercado hay pocos productos deportivos hechos con técnicas de la nanotecnología. Una empresa japonesa fabrica una pelota de bolos a la que no le afectan los imperfectos de la superficie y que se queda en el centro de la pista. La empresa Wilson utiliza la nanotecnología para fabricar pelotas de tenis que tardan mucho más en desinflarse, y varias empresas están desarrollando palos de golf fabricados con nanotecnogía. Se prevé que a partir de ahora la nanotecnología empezará a tener un impacto muy significativo en muchos deportes porque a través de avances nanotecnológicos es posible fabricar productos deportivos más fuertes y más ligeros que nunca.

3.7.1 Nanometales en palos de golf

Se aplican nanometales a los palos de golf, para crear palos más fuertes pero menos pesados. Los cubrimientos de nanometal con estructura cristalina son hasta 1.000 veces más pequeños que metales tradicionales pero cuatro veces más fuertes. Una cabeza de palo cubierta con nanometal que pesa menos podría permitir pegar la pelota con más fuerza y precisión. También se estudia la aplicación de nanometales a patines, para reducir la fricción sobre hielo, y bicicletas, cascos, raquetas de tenis tec. Pero uno de los motivos por los que el sector de golf parece estar en cabeza es que los jugadores de este deporte están acostumbrados a pagar altos precios por sus equipos. Y la aplicación de nanotecnología en los procesos de fabricación resulta todavía muy costosa. Un driver Pd5 con nanotecnología incorporada cuesta unos $300.

3.7.2 Nanotecnología y ciclismo

El Equipo Phonak utiliza una bicicleta que con una estructura que incorpora nanotubos de carbón. El fabricante suizo, BMC, afirma que el marco de su "Pro Machine" pesa menos de un kilo y goza de unos niveles excepcionales de rigidez y fuerza. Para crear la estructura, BMC, aplicó tecnología compósita desarrollada por la empresa norteamericana Easton. Su sistema de resina realzada integra fibra de carbón en un matriz de resina reforzada con nanotubos de carbón. Según el fabricante, esto mejora la fuerza y resistencia en los huecos que existen entre las fibras de carbón. Easton colabora con Zyvex, empresa especializada en nanotecnología que proporciona los nanotubos para el sistema. Zyvex aplica un tratamiento especial a las superficies de nanotubo para que los tuvos se disipen con mayor facilidad en otros materiales. BMC afirma ser la primera empresa que ha logrado construir un marco de bicicleta utilizando nanotecnología de nanotubos de carbón. Además, la estructura no requiere ajustos mecánicos después del proceso de fabricación, lo que reduce que se ocasionen posibles daños a las fibras de carbón.

3.8 LA NANOTECNOLOGÍA EN OTROS ASPECTOS DE LA VIDA COTIDIANA

Los productos que incorporan nanotecnología o son manufacturados mediante la misma pasarán del 0,1% actual al 15% en 2015 del total, según un informe de la OCDE que señala que la extensión de esta tecnología se realizará en tres fases. La primera, en la que nos encontramos actualmente, sitúa estos productos en el ámbito industrial. Para 2009 llegará a los mercados electrónicos y en 2010 se extenderá a todos los bienes de consumo. Aplicaciones muy diversas que se verán incrementadas en unos pocos años por una tecnología con un potencial que indudablemente revolucionará el mundo que nos rodea, la nanotecnología. Se trata del estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas a través del control de la materia en una escala de un nanómetro, aproximadamente una mil millonésima de metro.

Un estudio elaborado por la Organización de Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) y Allianz Group señala que su desarrollo futuro se producirá en tres fases, estando ya inmersos en la primera de ellas, que se caracteriza por el uso de la nanotecnología principalmente en aplicaciones de industrias punteras desde el punto de vista técnico, como por ejemplo la aeroespacial.

La segunda fase comenzará a lo largo del 2009, cuando los mercados electrónicos y de las Tecnologías de la Información estén preparados para incorporar las innovaciones en materia de microprocesadores y chips de memoria construidos mediante procesos nanométricos.

A partir del 2010 , la nanotecnología se extenderá a todos los bienes manufacturados, destacando las aplicaciones sanitarias para la salud humana de aplicaciones como biosensores, la dosificación de fármacos en puntos muy concretos o nanodispositivos portadores de medicamentos que curarán selectivamente las células cancerígenas.

3.8.1 Convergencia tecnológica

El estudio señala que a escala nanométrica, el linde entre disciplinas científicas como la química, la física, la biología, la electrónica o la ingeniería se desdibuja por lo que se produce una convergencia científica cuya consecuencia es una miríada de aplicaciones que van desde raquetas de tenis hasta sistemas energéticos completamente nuevos pasando por medicinas.

Esta dinámica de convergencia científica y multiplicación de aplicaciones hace que los mayores impactos de la nanotecnología surgirán de combinaciones inesperadas de aspectos previamente separados, tal y como pasó con la creación de Internet, resultado de la confluencia entre la telefonía, la televisión o la radio, y la informática.

3.8.2 Cosmética, tejidos y baterías

A pesar de que, de acuerdo a la cronología del estudio, seguimos en la primera fase de su evolución, la nanotecnología ya está implicada en sectores empresariales tan diversos como el textil, el automovilístico o el de equipamiento electrónico. En la industria del automóvil, se emplea para reforzar los parachoques debido a su potencial para incrementar la resistencia y capacidad de absorción de los materiales y para mejorar las propiedades adhesivas de la pintura.

En el sector textil, la nanotecnología es la solución perfecta para que los países desarrollados puedan competir con las regiones de bajo coste productivo que cada vez están incrementando su trozo del pastel, ya que añade a los tejidos propiedades "inteligentes". Existen proyectos de productos textiles con funcionalidades electrónicas tales como sensores que supervisen el comportamiento corporal, mecanismos de auto-reparación o acceso a Internet.

En cuanto al sector energético, la nanotecnología es clave en la fabricación de nuevos tipos de baterías con una duración mucho más prolongada, en la fotosíntesis artificial para la generación de energía limpia o en el ahorro energético que supone la utilización de materiales más ligeros y circuitos más pequeños.

El estudio señala como empresas de cosmética encuentran aplicaciones contra las arrugas basadas en liposomas que transmiten los fármacos a través de la piel o incluso polvos de maquillaje que son nanopartículas que modifican el reflejo de la luz, para impedir apreciar la profundidad de las arrugas.

3.8.3 Miedo a la burbuja

El estudio indica que los potenciales inversores, escaldados por el fiasco de las puntocom, tienen sus reticencias a la hora de considerar la irrupción de la nanotecnología como la "próxima revolución". Sin embargo, los expertos señalan dos diferencias cruciales que dificultan la formación de una "nanoburbuja".

La primera de ellas es que el elevado coste y la dificultad que implica hace que su desarrollo se concentre en compañías e instituciones bien financiadas que pueden atraer el conocimiento científico y técnico necesario para comprender sus problemas y oportunidades. La segunda diferencia radica en que los largos periodos de tiempo que requiere pasar de la idea a la comercialización hacen que la nanotecnología sea particularmente inadecuada para ganar dinero rápido.

CAPÍTULO IV: POTENCIALIDADES DE LA NANOTECNOLOGÍA

    • Servir como un sistema auto inmune potenciado.
    • Buscar y destruir virus, colesterol, excesos de grasa, células cancerígenas y marcadores genéticos.
    • Eliminar la necesidad de cirugía.
    • Evitar el "sacrificio" de materia viva natural.
    • Borrar los procesos de envejecimiento
  2. Potenciales aplicaciones médicas:
  3. Potenciales aplicaciones militares:
  • Dispositivos inteligentes demasiado pequeños para ser descubiertos
  • Armas biológicas/químicas computarizadas
  • Escudos de defensa activos
  • Blancos seleccionados sin posibilidad de error
  1. Potenciales aplicaciones energéticas.
  • Se usa aproximadamente una diezmilésima parte de la energía solar que llega a la Tierra.
  • Se usa combustibles fósiles porque es más conveniente
  • Distribución de energía a través de "canales" de energía.
  • Colectores solares (en órbita alrededor de la Tierra) reemplazarán a los combustibles fósiles.
  1. Potenciales aplicaciones espaciales.
  • Máquinas moleculares y computadoras de tamaño subcelular.
    • Bases de lanzamiento de gran altitud (baja gravedad). 
  • Vehículos y estaciones espaciales livianas y superresistentes.
  • Naves con velas propulsoras posibilitarán los viajes interestelares (probablemente no para individuos pero sí para generaciones).
  1. Potenciales aplicaciones ambientales.    
  • Dietas "normales" sin matar animales.  
  • Todas las máquinas podrían ser "libres de contaminación ambiental".  
  • Materiales con estructura de diamante permitirán reemplazar a los actuales materiales.
  • Nanomáquinas que obtengan su energía de la contaminación ambiental
  • Reducir el uso de fuentes de energía, tradicionales, finitas y polusivas.

BIBLIOGRAFÍA

 

Allen Estela Cotrina

PAÍS DE NACIMIENTO: PERÚ

CAJAMARCA

OCUPACIÓN: ESTUDIANTE DE INGENIERÍA CIVIL

Partes: 1, 2, 3
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