- Resumen
- Introducción
- Historia
- Definición
- Inversión
- Tipos de nanotecnología
- Nanotecnología avanzada
- Futuras aplicaciones
- Aplicaciones actuales
- Nanotecnología aplicada en medicina
- La nanotecnología aplicada al medio ambiente
- Diferencias entre nanociencia y nanotecnología
- Consecuencias y peligros de la nanotecnología
- Conclusiones
- Bibliografía
La nanotecnología es el tema de moda pues ha interesado a muchos científicos e investigadores, los cuales tratan de descubrir y de conocer día a día sobre esta ciencia. Es una rama de la tecnología estudiada a nano escala, por ser tan mínima sus propiedades cambian, por lo tanto genera nuevos resultados, los cuales han sido innovadores para la sociedad, por tal motivo se cree que serán las soluciones creativas para las diferentes problemáticas que se presentan y se presentaran a futuro. Son proyectos y soluciones que irán paso por paso, pues no se conoce con certeza efectos secundarios y gravemente perjudiciales para los seres vivos.
ABSTRACT: Nanotechnology is a topic of our nowadays, it has been interested to people like scientist and researchers; they try to discovery and know more about this science. Is one branch of the technology, to study it to nanoscale? Properties changes for been very small (tiny), a this cause new results, where each one of them have been innovative for the society, for this reason they think that it will have been the creative answer or solutions for the different problematic that there are and there will in our future. There are projects and solutions will go step for step, because they do not know nor have knowledge about side bad effects, in spite of be an interesting topic, we should care with it.
PALABRAS CLAVE: Tecnología, nano escala, innovador, solución, ciencia.
La nanotecnología es un campo 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 (nano materiales).
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, no un objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinario, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.
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.
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.
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.
Según la forma de trabajo la nanotecnología se divide en:
A) 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.
B) 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 nano métricas.
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 ultimas 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 nano manipuladores controlados por computadoras.
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.
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).
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 sub microscópico, 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.
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 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.
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 (1×10-9m). 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 ytécnicas 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 yprocedimientos 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 aun 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.
A continuación se hablara de manera detallada de los orígenes de la nanotecnología desde sus orígenes, clasificación, sus materiales al igual que sus aplicaciones en diversos sectores todo esto con la intención de comprender de manera amplia el campo de estudio de la nanotecnología y así poder calcular su vital importancia dentro de la sociedad. (Avanzados, 2008)
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 fabrica 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 nano inventos. 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.
La nanotecnología en la medicina traerá grandes adelantos como los que ya se mencionaron, quizás traerá la cura del cáncer o la protección contra diferentes infecciones causadas por bacterias u otros microorganismos o más aun la cura de la enfermedad que hoy en día tememos demasiado: el SIDA.
Entre las cuestiones éticas y filosóficas que traerá seguramente será la definición de lo que verdaderamente es la vida, quizás una definición desde el punto de vista molecular, ya que como señalaba anteriormente la definición clásica de la vida por los biólogos ya está quedando obsoleta con los nuevos adelantos de la ciencia.
También quizás nos cuestionemos de sí estará bien usar estos inventos para prolongar aun más nuestra vida, ya que por el momento la vejez se define como el degeneramiento de las células y de sus componentes. Y como la función de los nanoinventos será la de corregir estos problemas, quizás prolonguemos mas nuestra vida media. Finalmente hallaremos la verdadera fuente de la juventud.
El temor que tiene la gente acerca de esta tecnología es sin lugar a dudas debida en parte a la ignorancia y mientras no se cambie esta actitud no se permitirán grandes adelantos en la ciencia. Aunque este miedo tiene algo de fundamento, ya que pondrá armas microscópicas al alcance de terroristas.
Mientras aun se muestren los pros y los contras, hay que tomar en consideración que una actitud de negación no resolverá nada, sino al contrario ya que al no permitirse la investigación quizás puedan surgir pequeños grupos de investigación con fines poco éticos. Sin lugar a dudas la mejor actitud será la de apertura a esta tecnología, ya que ofrecerá múltiples beneficios en todas las ramas de la ciencia, además de un mayor entendimiento de cómo es que se forma la vida en todas sus múltiples formas.
[1]
http://yurasalamanca.blogspot.com/
[2]
http://www.nanomedicine.com/
[3]
http://www.artcell.mcgill.ca/2000ISBP.htm
[4] http://www.redcientifica.com/doc/doc200112220001.html
[5]
http://www.foresight.org/impact/impossible.html
[6] http://www.cienciaytrabajo.cl/pdfs/14/Pagina%20A76.PDF
Autor:
Paul Andrade
Ciclo: 5to
Ing. Electrónica
2011-2012