Historia
Todos los estudiosos del tema coinciden en señalar al celebre físico teórico norteamericano Richard Feynman (1918-1988) como el iniciador de todo este camino hacia buscar en lo mas pequeño, en lo invisible a los ojos.
Todo comenzó con una memorable conferencia en el 1959 en la Sociedad Americana de Física donde expuso por primera ves la idea de manipular los átomos o más bien un puñado de átomos y de crear objetos átomos por átomos, todo a partir por supuesto a partir de las leyes de la mecánica cuántica que es la brújula orientadora que permite hacer todo estos cambios átomo por átomo(2) La mayoría de los autores hace referencia a que el contenido de la trascendental conferencia de Feynman solo se quedo en el ámbito puramente científico y universitario hasta el inicio de la década de los 80, donde un estudiante de unos de los institutos mas prestigiosos de los Estados Unidos de Norteamérica el Tecnológico de Massachutes (MIT) insinuó la posibilidad de crear sistemas tecnológicos a nivel molecular. (2)
Este estudiante llamado Eric Drexler ya siendo profesor publica un libro llamado ¨ Los Motores de la Creación ¨. Este libro da una visión profética de lo que será la nanotecnología molecular; pero conjuntamente con estos dos nombre en este campo de la ciencia van aparejados nuevos descubrimientos en técnicas experimentales, que permitieron la fabricación de materiales de dimensiones atómicas y moleculares; solo mencionare los mas importantes. (2)
La Invención del Microscopio de Barrido de Efecto Túnel.
Este microscopio fue inventado en 1982 por el suizo Gerad Bining y el alemán Heinrich Rohrer lo cual ambos recibieron el Nóbel de Física del año 1986; dicho microscopio dispone de una sonda afilada que en su extremo solamente hay un átomo, la cual se sitúa a la distancia de un nanómetro del material que se va ha operar y se pasa una pequeña corriente y a partir del efecto túnel (física cuántica) se puede reordenar los átomos a su gusto.
La Invención del Microscopio de Fuerza Atómica.
En el 1985 los mismos creadores del microscopio de barrido de efecto túnel crearon el de fuerza atómica (AFM) de similar resolución, pero este si entra en contacto con la muestra; lo cual se puede utilizar con materiales no conductores.
Los Fuelerenos.
Los fuelerenos fueron descubiertos en el 1985 por tres científicos norteamericanos; Richard Smalley, Robert Curl y Harold Kroto. Esto no es más que una nueva distribución espacial de los átomos de carbono, en este caso son 60 átomos de carbono en forma esférica o mas bien la forma de un balón de fútbol, es decir el carbono que siempre se ve en sus dos formas comunes; grafito y diamante lo encontramos ahora con una nueva forma, a partir de la manipulación de los átomos que lo forman. Esto les valió el Nóbel de Química en 1995.
Los Nanotubos de carbono:
Esta es otra forma alotrópica del carbono que se conoce. Son redes hexagonales de átomos de carbonos enrolladas en espiral formando cilindros lo más parecidos a tubos. Los nanotúbos tienen propiedades casi mágicas; mas fuerte ciento de veces que el acero y mucho más ligero es una de sus propiedades espectaculares.
Otros descubrimientos:
-Grabación de datos a escala manométrica .
– La utilización del ADN como bloques básicos.
– La creación de un conmutador de computadora a escala molecular. (2)
Un poco de física
Ha escala nanométrica el mundo de la física ya no es como estamos acostumbrado a verlo y sentirlo, ya no se cumple las leyes de Newton , sino la Física Cuántica o Física moderna.
Para la "manipulación" de los átomos a nuestro antojo no estaremos exentos a fenómenos físicos que estarán presente El fenómeno que más se pone manifiesto en la ciencia de nanotecnologia principalmente con materia inorgánica es el efecto túnel.
¿Qué es el efecto túnel? Cuando los electrones se excitan superan la atracción del núcleo atómico por un túnel a través de una pared de potencial; excite la probabilidad de que algunas partículas excaven un túnel y pasen a nuevo potencial. Aquí también juega o esta presente el hecho probabilístico, recordar que se trabaja con millones de partículas.
Impactos en la sociedad.
Las investigaciones de la nanociencia; primero que todo va encaminada ha tener una aplicación en todas las ramas de la sociedad, casi siempre para beneficio de la humanidad, aunque siempre habrá sus mentes diabólicas. Estamos viviendo un mundo neoliberal y de puro mercado, lo que la competencia por la obtención de conocimientos novedosos y aplicaciones en el mercado marca la diferencia entre los países poderosos, para obtener las mayores ganancias de lo aplicado. En esta nueva era de conocimiento la información es poder y saber aplicarlo es un poder letal. Los campos de investigación son variados y extensos desde la opto electrónica orgánica hasta sensores basados en moléculas biológicas.
Desde el 2001 se ha trazado líneas de desarrollo en tres campos de oportunidades.
La ingeniería molecular seria una; aquí se centraría en combinar algunas unidades biológicas como las enzimas con estructuras artificiales, seria enlazar lo biológico con lo inorgánico, por ejemplo la combinación de las enzimas con pastillas de silicio para crear material que sean biosensores que se puedan implantar en humanos y animales (2)
Otro campo seria el de la electrónica basada en los semiconductores, en que consiste ; principalmente en aumentar la capacidad de las pastillas semiconductoras y un aumento de la velocidad de trasmisión de la información(2) Lo primero ya se puede apreciar en el mercado y en nuestro que hacer informático , los discos duros de las computadoras no serán de la medida de los Giga( 109) sino de los Tera(1012) , ya las computadoras mas avanzadas del mercado están usando esta medida en sus discos tanto de escritorios como personales. No solamente en los discos duros, que tal ahora con el boon del Blue –Ray; ya los discos DVD no son los de mayor capacidad , se impone una nuevo reinado , Ya investigadores de la IBM han desarrollado un nuevo método para mandar información entre diferentes núcleos en un chip, trasformando pulsos eléctricos en pulsos luminosos (recuerden la velocidad de luz ). El trabajo se concentra en la posibilidad de incluir muchos más núcleos en un solo chip, aquí es donde entra la nanotecnología; este estudio fue supervisado por el Dr. Chen, vicepresidente de IBM Research.
También investigadores de la Universidad de Houston crearon una nueva técnica que desplazaría a las pantallas LCD (pantalla de cristal líquido) de los televisores. Utilizarían para la emisión nanotubos de carbono (FED) que seria más eficiente y crearía una mayor resolución en pantalla. (4) Todas estas técnicas están basadas en principios físicos novedosos.
Por último el que para mi seria el campo de mayor impacto, el de los dispositivos y procesos basados en nuevos materiales. Hay materiales como las cerámicas y los metales a escala manométrica que presentan una alta relación entre el área y el volumen donde se esconde un gran potencial para reacciones químicas y bioquímicas, así también para el mejoramiento de la eficiencia de numerosos procesos.
Los materiales pueden producirse de ¨ abajo hacia arriba ¨ a partir de átomos o moléculas individuales o el proceso de ¨ arriba hacia abajo ¨ a partir de materiales de cierto volumen en nanopartículas. La modificación de superficies a una profundidad de 1-100nm pude cambiar significativamente las propiedades físicas y químicas del material en cuanto a la corrosión, la fricción y la reactividad, con posibles aplicaciones industriales de importancia que en la concreta es el objetivo de las investigaciones de la nanotecnologia, por mencionar algunos avances. (2)
Ingenieros de la prestigiosa Universidad de Cambridge han desarrollado un nuevo tipo de fibra de carbono a partir de nanotubos del mismo elemento químico. Los investigadores dicen que su material es varias veces mas fuerte, duro y rígido que las fibras que se utilizan para construir las corazas de protección, pero lo magnifico de esto es que es mucho más ligero.(9) También siguiendo la misma línea de protección, científicos e ingenieros rusos crearon un blindaje líquido hechos por nanopartículas, como se explica esto, muy fácil, las nanopartículas se unen en menos de un milisegundo (10-3) evitando que el proyectil o el fragmento penetre en capas más profundas(9) Y si esto fuera poco científicos de la Universidad de Berkeley , California presentaron un material óptico de tres dimensiones que refracta la luz de manera negativa, o mejor dicho, la luz esquiva a los objetos, esto no es mas que el principio de la invisibilidad(7)
Salud humana y nanotecnología
El impacto de la nanotecnologia en la salud humana, como en la animal, es particularmente importante por el gran radio de acción que abarca en esa área, desde la terapéutica hasta la construcción de equipos médicos. En este campo nuestro país puede aportar grandes invenciones por la potencia que somos y la preparación del personal no medico que esta vinculado al área de salud (químicos, físicos, ingenieros, etc.) Cuando se manipula a nuestra conveniencia los átomos en los proceso de síntesis de x materia, se hace posible nueva estructura de materia y propiedades químicas y físicas, diferentes a materiales con la misma composición química, esto seria el principio de creación de nuevos medicamentos.
Por ejemplo un producto como la aspirina ha incrementado notablemente su actividad, y disminuido sus efectos indeseados y a incorporados efectos positivos desconocidos hasta ahora. Recordar que detrás de todo esto hay también un engranaje malévolo de las grandes compañías farmacéuticas. (1)
También esta el desarrollo de pastillas para el análisis de un fragmento especifico de ADN, lo que se aplica en determinadas mediciones de laboratorio. Otro ejemplo de cuando se manipula lo muy pequeño se crean cosas inimaginables, es que en el Reino Unido hay una nueva polémica con una ley que permitiría unificar el ADN de tres personas para crear un embrión, el objetivo seria evitar las enfermedades mitocondriales. Las mitocondrias en las células juegan un papel fundamental ya que dan la mayor parte de la energía que necesita las células, es como si fueran termoeléctricas por decirlo de alguna manera, lo que sucede es que las mitocondrias poseen su propio ADN y depende del estado en que se encuentre pude ser responsable de disímiles enfermedades en el individuo, como retraso mental, epilepsia, etc. Lo nuevo de la técnica es introducir mitocondrias sanas de tercera persona. (1)
Tal vez lo más revolucionador seria el almacenamiento y liberación de fármacos a demanda los llamados pharmacy-on-a-chip. Para que se entienda mejor este termino: a un paciente se le receta un medicamento cada doce horas, cuando la toma tiene un golpe del fármaco en la sangre, pero un tiempo determinado, porque ese fármaco empieza a disminuir la concentración en sangre lo que no es efectiva todo ese tiempo, lo que tendría que consumir una dosis x de ese fármaco. Lo ideal seria un fármaco que liberara una determinada dosis para mantener los niveles de es medicamento en sangre que fuera efectiva, así la cantidad de dosis disminuye y el tiempo de recuperación es menor, ya hoy salen los primero productos así. (1)
Que tal biochips que puedan monitorear enfermedades a partir de un hombre sano, proporcionando su conocimiento en estadios y no en enfermedades. Para la microbiología se construye dispositivos que permiten detectar ¨ entes ¨ infectan a nivel de 100 células en un periodo de 20 minutos; esto puede cambiar el tratamiento de las infecciones hasta ahora conocidas.
El micropráncreas artificial es de lo más avanzado en este campo. Construidos por Tejal Desai de la Universidad de Ilinois, es un biorreactor de miniatura, permitiendo el uso de de las células b de humano o animal. Las células pancreáticas sanas liberan el flujo de insulina y por tamaño de los poros impide la penetración a los linfocitos y a los anticuerpos. (1)
Un grupo de científicos del MIT idearon nanopartículas que al ser pulsadas con un campo electromagnético liberan drogas para atacar tumores. Estas partículas diminutas del orden de 10-9 tienen la propiedad de ser súper paramagnéticas, es decir que liberan calor cuando se expone a un campo magnético; ligadas a las mismas se encuentran otras moléculas activas, como drogas terapéuticas, que son liberadas cuando aumenta la temperatura. (9)
Ya que hablamos de lo beneficioso seria esta nueva esfera de la ciencia sobre el ser humano o para combatir enfermedades, habría que ver los efectos contrarios que nos traería el interactuar con partículas tan pequeñas, que pueden entrar por los poros de la piel, hasta romper las barreras inmunológicas del cuerpo.
Esta es una actividad científica muy nueva y todavía no lo sabemos todos sobre ella, por ejemplo. Ya en el 1997 investigadores de la Universidad de Oxford y la Universidad de Montreal demostraron que el dióxido de titanio y el oxido de zinc usados como nanopartículas en la mayoría de los protectores solares producen radicales libres en las células de la piel, como es lógico dañando el ADN. (9)
Este mismo efecto se observo en cosméticos que usan nanopartículas dígase cremas antiarrugas y otros cosméticos de efecto rápido, convirtiéndose en una contradicción para la conservación del cuerpo humano. LOreal el gigante de los cosméticos admite conocer estos efectos y alega que ha recubierto las nanopartículas con otras sustancias, esto se traduce en más química para nuestro cuerpo. (11)
Por otra parte hay evidencias de Nanobacterias sanguíneas en vacunas virales para humanos y animales; estas bacterias resultan más pequeñas que muchos virus y se pueden convertir en agentes etiológicos de enfermedades en el sistema circulatorio. (1)En el 2004 un estudio hecho por el tóxico – patólogo Vyvyan Howard concluyó que las nanopartículas se mueven de la madre al feto por medio de la placenta.(11) A partir de esta realidad hay que buscar restricciones y un mayor control a la industria de los medicamentos y cosméticos, lo cual sin lugar a dudas constituye una amenaza por una simple razón, ¿que pasaría si no supiéramos identificar estos productos nanotecnológicos? o más bien nos engañaran para vender como sucede en las sociedades de consumo. Se debería pensar en incluir este tema en los debate s que se sostienen sobre bioética porque ya forma parte de las ciencias en el campo de lo biológico.
Conclusiones
Primero, hay que tener un concepto bien claro.¨ la ciencia no tiene limites ¨ nadie habría imaginado que podríamos manipular a nuestro antojo materia tan pequeña a partir de la creación de herramientas como los microscopios de de barrido y las poderosas computadoras. La unificación de disciplinas está presenta en esta esfera que en su constitución es esto, la unión de varias ramas de la ciencia. Ya la nanotecnologia ya a impactado en la economía y la sociedad y se espera que su impacto sea más generalizado durante los próximos años y en particular en las áreas a la que hicimos referencia ; la ingeniera molecular y medicina , la informática y la creación de nuevos materiales, aunque habrá campos que el impacto será igual de fuerte , me refiero a la preservación del medio ambiente que es una lucha que estamos invocados todos y por otra parte será todo lo contrario en el campo de la defensa. En la medida que el mercado valla insertando la nanociencia en sus productos habrá que arreciar el control y las regulaciones por algunos productos que pueden ser peligrosos aunque es muy temprano para esto. Estamos ante una nueva era, un nuevo mundo donde las ciencias están mas estrechamente interrelacionadas y la forma de hacer ciencia no es igual a como hace 10 años atrás y no podemos quedarnos atrás.
Bibliografía utilizada
Aarón, R, D. Espiny Mariela Araujo (2002): La nanotecnologia: un rápido panorama, TecnoNúcleo, No .110, enero.
ACC (Academia de ciencias de Cuba) y CITMA (Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente) (2002): Propuesta de temas priorizados de investigación científica y desarrollo tecnológico en los próximos años. La Habana. 24 p.
CITMA (Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente) (2002): Elementos iniciales sobre la nanotecnologia.
Pérez, Sáenz.D (2008): La era nano. www.jrebelde.cu/ciencia/eranano.htm
Carletti, E. (2002): La nanotecnología: un rápido panorama. Axxon.No11o.
www.giga.com.ar/axxon/c-0Nanotecnología.htm.
Bernd, E. (2001): El descubrimiento de los fuelerenos. Materiales para el nuevo milenio: comienza la búsqueda.
www.slb.com/seed/es/match/fullerenes/begin.htm
Del Valle. A (2008): ¿Seremos invisibles?
www.prensalatina.cu/cienciaytecnologia/naotecnologia
Taller Nacional (2002): Nanotecnología y Materiales Nanoestructurados para la Biotecnología y la Industria Médico-Farmacéutica, La Habana, 21 de febrero. Memorias.
CMP Científica (2001): Nanotechnology. The tiny revolution. 30p.
www.cmpcientifica.com/cientificaframworks/generic/public
Irazábal, E. (2002): Ordenadores de base proteínica. SCI Net Corporation/ Nanotecnologia.
Molina, M. I (2002): Nanotecnología. Ciencia de lo diminuto. Boletín de la Sociedad Chilena de Física, abril
Ribeiro, Silvia (2005): Los problemas de la nanotecnologia.
www.lajornada.com.mx/cienciaytecnologia/nanotecnologia.htm
Autor:
Lic Yasser Hernández Duany
Profesor Instructor
| Página siguiente |