¿Que se entiende por Nanotecnología?
Nanotecnología, es el estudio y desarrollo de sistemas en escala nanométrica, “nano” es un prefijo del Sistema Internacional de Unidades que viene del griego νάνος que significa enano, y corresponde a un factor 10^-9, que aplicado a las unidades de longitud, corresponde a una mil millonésima parte de un metro (10^-9 Metros) es decir 1 Nanómetro, la nanotecnología estudia la materia desde un nivel de resolución nanométrico, entre 1 y 100 Nanómetrosaprox. hay que saber que un átomo mide menos de 1 nanómetro pero una molécula puede ser mayor, en esta escala se observan propiedades y fenómenos totalmente nuevos, que se rigen bajo las leyes de la Mecánica Cuántica.
En otras palabras la nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.
Un poco de historia
Uno de lo pioneros en el campo de la Nanotecnología es el Físico estadounidense Richard Feynman, que en el año 1959 en un congreso de la sociedad americana de Física en Calltech, pronunció el discurso “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio ahí abajo) en el que describe un proceso que permitiría manipular átomos y moléculas en forma individual, a través de instrumentos de gran precisión, de esta forma se podrían diseñar y construir sistemas en la nanoescala átomo por átomo, en este discurso Feynman también advierte que las propiedades de estos sistemas nanométricos, serían distintas a las presentes en la macroescala.
En 1981 el Ingeniero estadounideeric drexler nanotecnologianse Eric Drexler, inspirado en el discurso de Feynman, publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, el artículo “Molecular engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation” en donde describe mas en detalle lo descrito años anteriores por Feynman. El término “Nanotecnología” fue aplicado por primera vez por Drexler en el año 1986, en su libro “Motores de la creación : la próxima era de la Nanotecnología” en la que describe una máquina nanotecnológica con capacidad de autoreplicarse, en este contexto propuso el término de “plaga gris” para referirse a lo que sucedería si un nanobot autoreplicante fuera liberado al ambiente.
Además de Drexler, el científico Japonés Norio Taniguchi, utilizó por primera vez el término nano-tecnología en el año 1974, en la que define a la nano-tecnología como el procesamiento, separación y manipulación de materiales átomo por átomo.
Investigación actual
Nanomateriales
-La ciencia de Interfaz y coloide ha identificado muchos materiales que pueden ser útiles en la nanotecnología, tales como los nanotubos de carbono y otros fullerenos, y varias nanopartículas y nanoroides. Los nanomateriales con rápido transporte de iones también están relacionados a la nanoiónica y a la nanoelectrónica.
-Los materiales a nanoescala también puede ser usados para aplicaciones en volumen; la mayoría de las aplicaciones comerciales actuales de la nanotecnología son de este tipo.
-Los materiales a nanoescala tales como los nanopilarres algunas veces son usados en las celdas solares para bajar los costos de las celdas solares de silicio tradicionales.
-El desarrollo de aplicaciones que incorporan nanopartículas semiconductoras que serán usadas en la siguiente generación de productos, tales como tecnología de pantallas, iluminación, celdas solares e imágenes biológicas; ver punto cuántico.
Acercamientos biomiméticos
-La biónica o biomimesis buscan aplicar los métodos y sistemas biológicos encontrados en la naturaleza, para estudiar y diseñar sistemas de ingeniería y tecnología moderna. La biomineralización es un ejemplo de los sistemas estudiados.
-La bionanotecnología es el uso de las biomoléculas para aplicaciones en nanotecnología, incluyendo el uso de virus y ensamblajes de lípidos.35 36 La nanocelulosa es una potencial aplicación a escala masiva.
Aplicaciones actuales
envasado de alimentos
Una de las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de envases para alimentación es la aplicación de materiales aditivados con nanoarcillas, que mejoren las propiedades mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los materiales de envasado. En el caso de mejora de la barrera a los gases, las nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas gaseosas, lo cual permite conseguir una barrera similar con espesores inferiores, reduciendo así los costos asociados a los materiales.
Los procesos de incorporación de las nanopartículas se pueden realizar mediante extrusión o por recubrimiento, y los parámetros a controlar en el proceso de aditivación de los materiales son: la dispersión nanopartículas, la interacción de las nanopartículas con la matriz, las agregaciones que puedan tener lugar entre las nanopartículas y la cantidad de nanopartículas incorporada.
Los nanosensores ayudan a detectar cualquier cambio en el color de los alimentos y ayuda a la detección de gases dentro del producto. Estos sensores son usualmente sensibles a gases como el hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, óxido de nitrógeno, dióxido de sulfuro y amonio. Los nanosensores son dispositivos que procesan datos capaces de detectar cambios a nivel de luz, calor, humedad, gases y señales del tipo eléctricas y químicas
administración de fármacos
Las nanopartículas son partículas sólidas coloidales con un tamaño de 1 nm a 1000 nm que son utilizadas como agentes de administración de fármacos. Con esto se logra un aumento en la velocidad de disolución y el límite de saturación de la solubilidad.
Los liposomas son moléculas amfifílicas, como los fosfolípidos, que forman vesículas de membranas en bicapas que pueden llevar a vesículas. Los liposomas son estructuras esféricas formadas por una o más capas que contienen en su interior una fase acuosa.
Los bioconjugados o conjugados poliméricos actúan como transportadores y como componentes biológicos (péptidos, proteínas, nucleótidos) que actúan como ligandos para efectos terapéuticos específicos o dianas.
Los dendrones o dendrímeros son nanomateriales que pueden incorporar bloques poliméricos sintéticos o componentes naturales. Su estructura factorial jerárquica presenta numerosos sitios de conjugación para cargos o motivos diana.
Las nanopartículas inorgánicas son nanopartículas construidas a partir de materiales inorgánicos. Los materiales más comunes son puntos cuánticos junto con oro, plata, óxido de hierro o nanopartículas mesoporosas. Las propiedades características de cada material son el tamaño, la carga, la química de la superficie y la estructura.
aplicada a la terapia del cáncer
Han surgido algunas investigaciones que utilizan nanotransportadores (liposomas, micelas poliméricas y nanoparticulas poliméricas) para la preparación de nuevas formulaciones que mejoran la biodisponibilidad de estos tratamientos y mejoran la distribución del fármaco anticancerígeno en el sitio del tumor. Dentro de los factores que se consideran del tipo fisicoquímicos, se encuentra el potencial Z, el tamaño de partícula, la carga catiónica de la superficie y la solubilidad
Aplicada a la terapia del VIH/SIDA
Existe evidencia que indica que el silenciamiento de genes podría ser una potencial herramienta para atacar los genes de interés. Se ha descrito también que podría ser posible generar vacunas que sean eficaces y seguras en contra del VIH/SIDA. Es posible utilizar antígenos encapsulados en su centro desde los cuales las células presentadoras de antígenos pueden procesar, presentar y cross-presentar antígenos a las células CD4+ y CD8+, respectivamente, o absorber antígenos en su superficie, permitiendo a las células B generar una respuesta humoral. Por otro lado, la inmunoterapia para VIH/SIDA basada en agentes virales y administración de células dendríticas autólogas generadas ex-vivo.
Aplicada a la terapia del Alzheimer
Los fármacos usualmente disponibles para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, incluyen fármacos que son inhibidores de la enzima acetilcolinesterasa, que poseen una pobre solubilidad y baja biodisponibilidad. Adicionalmente, estos fármacos poseen una incapacidad de atravesar la barrera hemato-encefálica, por lo que el mejoramiento en la distribución de estos fármacos en el sitio de acción, es desafiante a nivel de tecnológico. Las nanotecnologías incluidas son las nanopartículas poliméricas, las nanopartículas sólido - lípido, transportadores de nanoestructuras lipidas, microemulsión, nanoemulsión y cristales líquidos. Las características fisicoquímicas especiales de los fármacos disponibles para el tratamiento del Alzheimer llevan a falla terapéutica en muchos casos
Nanotecnología aplicada en el agua
Tecnologías de tratamiento eléctrico mecánicos sencillas y fiables pueden recuperar agua contaminada para uso del sector agrícola o incluso para el uso doméstico. Estas tecnologías solo requieren fabricación inicial además de una
fuente modesta de energía. Filtros físicos con poros de una escala nanométrica pueden eliminar el 100% de bacterías, virus y hasta prions. Una tecnología deseparación eléctrica que atrae a los inoes a láminas supercapacitor puedeeliminar sales y metales pesados.
Nanotecnología en los Invernaderos
Al trasladar la actividad agrícola a invernaderos, se podría recuperar mucho del agua utilizada a través de la deshumidificación del aire residual, el tratamiento y reciclaje. Además, la agricultura
realizada en invernaderos requiere menos mano de obra y menos terreno que la agricultura tradicional realizada en terrenos al aire libre y ofrece cierta independencia de las condiciones meteorológicas como por ejemplo cambios estacionales y sequías.
Nanotecnología aplicada en la energía solar
La generación de la electricidad solar depende de la conversión fotovoltaica o de la
concentración de luz solar directa. La conversión fotovoltaica funciona, en días nublados,
con una eficacia menor, mientras que el sistema de concentración de luz solar directa se puede
lograr sin semiconductores. En ambos casos, no se requiere mucho material, y los
diseños mecánicos pueden ser sencillos y relativamente fáciles de mantener.
Siguiendo la tendencia que se potenció con la ingeniería genética, de control
corporativo desde la semilla hasta el producto en el supermercado, la
agricultura nanotecnológica controlaría incluso los átomos que componen esos
productos.
Nanotecnología aplicada a la agricultura
Siguiendo la tendencia que se potenció con la ingeniería genética, de control corporativo
desde la semilla hasta el producto en el supermercado, la agricultura
nanotecnológica controlaría incluso los átomos que componen esos productos.
Todas las corporaciones que dominan el negocio mundial de los transgénicos
están invirtiendo en nanotecnología.
El futuro
1. Puntos cuánticos: el sol en la Tierra
Se trata de un nanomaterial cerodimensional con forma esférica. Se descubrieron a finales de los 80, pero están cobrando importancia en la actualidad porque se han encontrado formas sencillas para su fabricación, mediante procesos de disolución. Una de sus principales propiedades es que es capaz de absorber todos los colores del espectro electromágnetico de la luz solar. El astro suma los siete colores del arcoiris, además de proyectar haces infrarrojos e ultravioleta.
2. Nanotubos de carbono: el futuro de la construcción
Es cien veces más fuerte que el acero y entre seis y diez veces más ligero. Además, es elástico. Por eso se utiliza ya en la fabricación de determinados productos de uso cotidiano, por ejemplo artículos deportivos como pueden ser bicicletas o raquetas. No es necesario que el artículo esté íntegramente fabricado a base de nanotubos de carbono, sino que basta con añadir una serie de trazas para que el producto resultante sea más ligero y resistente. En el campo de la construcción a gran escala, todavía no ha llegado al mercado, pero es de esperar que las estructuras del futuro incorporen el material para aprovechar sus propiedades.
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3. Grafeno: la esperanza de la electrónica
Los medios de comunicación han convertido el nanomaterial, también derivado del carbono, en una estrella mediática, haciéndose eco de prácticamente cada una de las nuevas aplicaciones que se descubren en los laboratorios del mundo. Tras el entusiasmo inicial, se ha generado una corriente de escepticismo, fruto de la impaciencia ante la falta de resultados reales y, sobre todo, de la saturación informativa. En la actualidad, el principal reto al que se enfrenta el grafeno, como la mayoría de nuevos materiales, es su producción a gran escala a bajo coste, algo que ya se está empezando a hacer en España.
4. Nanocelulosa: la alternativa ecológica
Es una de las opciones más exóticas y originales entre los nuevos materiales, sobre todo porque su origen está en la madera. Es resistente y, además, igual que el grafeno, posee muchas propiedades electrónicas. Se obtiene a partir de la compresión de fibras vegetales o a través de cultivos naturales donde distintos tipos de bacterias lo producen de forma autónoma, aunque hasta ahora con altos costes y dificultades para generar grandes cantidades de nanocelulosa.
La última novedad, introducida por los científicos de la Universidad de Texas, con el investigador Malcolm Brown a la cabeza, es la posibilidad de utilizar un determinado tipo de alga para producir el material de forma natural, sin necesidad de nutrientes. Sólo se necesitaría luz solar y agua, algo que significaría una auténtica revolución, no sólo por lo ecológico del proceso sino también por la reducción radical de los costes.
5. Fluoreno: un mito eclipsado
En su momento, parecía que iba a cambiar el mundo, pero el tiempo ha devuelto a sus defensores a posiciones más realistas. Su aplicación más relevante, hoy por hoy, es su utilización en el campo de las células solares. El fluoreno ha permitido crear plásticos conductores de electricidad, hito que ha permitido la creación de células solares orgánicas, a base de carbono, y también flexibles. A día de hoy, muchos investigadores siguen trabajando con el fluoreno a nivel de ciencia básica. Sin duda, sus hermanos pequeños, los nanotubos de carbono y el grafeno, le han eclipsado.
Futuras aplicaciones
-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).
Les comparto esto
Spermbot: el dispositivo que da un empujón a los espermatozoides lentos
Un equipo del Instituto de Nanociencias Integrativas de Dresde (Alemania), ha creado el Spermbot, el primer espermatozoide robótico utilizando esperma de toro y diminutos cilindros de metal.
Los científicos colocaron los espermatozoides dentro de estos micro-tubos magnéticos (de 50 micras de largo por 5 a 8 micras de diámetro).
Los espermatozoides humanos nadan en equipo
Para controlar la orientación y movimiento de los microtubos, el equipo utilizó campos magnéticos externos para dirigir a los espermatozoides en su camino hacia el ovulo, de tal forma que, al igual que el esperma tradicional, se muevan más rápido cuando están en un clima caliente o más lento en un ambiente frío.