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 (nanomateriales). 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 (10-9
= 0,000 000 001), no un objeto; de manera que la nanotecnología se
caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y
cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que
trabaja.
DEFINICIÓN
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.
Historia
El ganador del premio Nobel de Física de 1965, Richard Feynman,
fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la
nanociencia 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, revelando la importancia de las
moléculas como determinantes en los procesos de la vida.
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.
Pero hay que decir que a este tipo de moléculas se les puede considerar
“grandes”.
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 las enfermedades, y no hay que
decir de las ramas de la medicina que han salido más beneficiadas como
es la microbiología, inmunología, fisiología; han surgido también nuevas
ciencias como la Ingeniería Genética, que ha generado polémicas sobre las repercusiones de procesos como la clonación o la eugenesia.
Algunos países en vías de desarrollo ya destinan importantes recursos a la investigación en nanotecnología. La nanomedicina es una de las áreas que más puede contribuir al avance sostenible del Tercer Mundo,
proporcionando nuevos métodos de diagnóstico y cribaje de enfermedades,
mejores sistemas para la administración de fármacos y herramientas para
la monitorización de algunos parámetros biológicos.
Alrededor de cuarenta laboratorios
en todo el mundo canalizan grandes cantidades de dinero para la
investigación en nanotecnología. Unas trescientas 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 dedica cientos millones de dólares a su National Nanotechnology Initiative.
En España, los científicos hablan de “nanopresupuestos”. Pero el interés crece, ya que ha habido algunos congresos sobre el tema: en Sevilla, en la Fundación San Telmo, sobre oportunidades de inversión, y en Madrid, con una reunión entre responsables de centros de nanotecnología de Francia, Alemania y Reino Unido en la Universidad Autónoma de Madrid.
Las industrias 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 0.2 %. Con la ayuda de programas de acceso a la
nanotecnología se prevé que en 2014 sea del 17 % en el uso y la
producción manufacturera.
Nanotecnología avanzada
La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería
de nanosistemas (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, principalmente) 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 puede producir máquinas biológicas sofisticadas y estocásticamente
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. Determinar un conjunto de caminos a seguir para el desarrollo de la
nanotecnología molecular es un objetivo para el proyecto sobre el mapa
de la tecnología liderado por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios nacionales de EEUU) y del Foresigth Institute. Ese mapa debería estar completado a finales de 2006.
Futuras aplicaciones:
Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá, las quince aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:
- Almacenamiento, producción y conversión de energía.
- Armamento y sistemas de defensa.
- Producción agrícola.
- Tratamiento y remediación de aguas.
- Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
- Sistemas de administración de fármacos.
- Procesamiento de alimentos.
- Remediación de la contaminación atmosférica.
- Construcción.
- Monitorización de la salud.
- Detección y control de plagas.
- Control de desnutrición en lugares pobres.
- Informática.
- Alimentos transgénicos.
- Cambios térmicos moleculares (Nanotermología)
Aplicaciones actuales
Nanotecnología 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 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.
TIPOS DE NANOTECNOLOGIA Los tipos de nanotecnologia son los siguientes:
Top-down:
Reducción de tamaño. Literalmente desde arriba (mayor) hasta abajo
(menor). Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala
nanométrica. Este tipo de Nanotecnología ha sido el más frecuente hasta
la fecha, más concretamente en el ámbito de la electrónica donde
predomina la miniaturización.
- Bottom-Up: Auto ensamblado. Literalmente desde abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una estructura nanométrica como una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, se crea un mecanismo mayor que el mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, que algunos consideran como el único y "verdadero" enfoque nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera extremadamente precisa. De esta manera podremos liberarnos de las limitaciones de la miniaturización, muy presentes en el campo de la electrónica.
El
último paso para la Nanotecnología de auto montaje de dentro hacia
fuera se denomina "Nanotecnología molecular" o "fabricación molecular", y
ha sido desarrollada por el investigador K. Eric Drexler. Se prevé que
las fábricas moleculares reales sean capaces de crear cualquier material
mediante procesos de montaje exponencial de átomos y moléculas,
controlados con precisión. Cuando alguien se da cuenta de que la
totalidad de nuestro entorno perceptivo está construida mediante un
limitado alfabeto de diferentes constituyentes (átomos) y que este
alfabeto da lugar a creaciones tan diversas como el agua, los diamantes o
los huesos, es fácil imaginar el potencial casi ilimitado que ofrece el
montaje molecular.
Algunos
partidarios dan una visión más conservadora de la Nanotecnología y
ponen en duda la viabilidad de la fabricación molecular y de este modo
tienen una visión contradictoria a largo plazo con respecto a la teoría
de Eric Drexler, el defensor más conocido de la teoría de la fabricación
molecular. Es importante tener en cuenta de alguna manera esta nota
discordante, porque la mayoría de los investigadores involucrados
piensan que la madurez de la Nanotecnología es una evolución positiva y
que la Nanotecnología mejorará de manera significativa la calidad de la
vida en el planeta (y en el espacio) de la población mundial.
Perspectivas:
Hay
que saber algo fundamental acerca de la Nanotecnología: la materia se
manipula hasta llegar hasta su elemento más básico, el átomo. La
Nanotecnología es un avance lógico, inevitable en el transcurso del
progreso humano.
Más
que un mero progreso en el limitado campo de la tecnología, representa
el proceso de nacimiento de una nueva "era" en la que usamos todas las
posibilidades de la Nanotecnología. Son múltiples las áreas en las que
la Nanotecnología tiene aplicaciones potenciales: desde potentes filtros
solares que bloquean los rayos ultravioleta hasta nanorobots diseñados
para realizar reparaciones celulares. A continuación se enumera una
lista con algunos ejemplos de los principales campos que se verán
afectados por los avances de la Nanotecnología:
- Materiales: nuevos materiales, más duros, más duraderos y resistentes, más ligeros y más baratos.
- Electrónica: los componentes electrónicos serán cada vez más y más pequeños, lo que facilitará el diseño de ordenadores mucho más potentes.
- Energía: se prevé un gran aumento de las posibilidades de generación de energía solar.
- Salud y Nanobiotecnología: hay grandes expectativas en las áreas de prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Por ejemplo, podrán colocarse sondas nanoscópicas en un lugar para medir nuestro estado de salud las veinticuatro horas del día, se desarrollarán nuevas herramientas para luchar contra las enfermedades hereditarias mediante el análisis genético y se podrán crear indicadores que detecten y destruyan, una a una, células cancerígenas.
Los
avances en estos campos tendrán repercusión en una amplia gama de
industrias como la industria de los cosméticos, la industria
farmacéutica, la industria de los electrodomésticos, la industria
higiénica, el sector de la construcción, el sector de las
comunicaciones, la industria de seguridad y defensa y la industria de la
exploración espacial. Nuestro entorno también se beneficiará, en tanto
que la producción de energía será más económica y limpia y se utilizarán
materiales más ecológicos.
En
breve, muchas áreas de nuestra vida diaria se verán afectadas de una
manera u otra por el avance de la Nanotecnología. La Nanotecnología nos
permitirá hacerlo todo mejor y con menos esfuerzo.
Actualidad:
Hoy
día, al comienzo del tercer milenio, los productos nanotecnológicos ya
están disponibles en el mercado. Así, es posible comprar raquetas de
tenis más ligeras y más resistentes compuestas de nanotubos de carbón o
cosméticos que contienen nanopartículas que facilitan la absorción. Pero
aún estamos lejos de la época de la Nanotecnología, cuando ésta tenga
efecto en nuestra vida diaria. ¿Cuándo se producirá esa revolución?
¿Cuándo nos beneficiaremos de manera substancial de los avances en la
investigación y en el desarrollo de la Nanotecnología? Los cálculos
varían. Se calcula que a partir del 2010 y hasta el 2040 se producirá un
desarrollo progresivo del enfoque de “bottom-up” hasta que culmine en
la fabricación molecular, de manera que podamos comprobar si esta teoría
se puede poner en práctica sin grandes obstáculos.
Intereses y responsabilidades:
Los
intereses involucrados en el desarrollo de Nanotecnología son
continentales: América, Europa y Asia están preparando campañas de
desarrollo en curso que no se concluirán a corto plazo. Se están
realizando grandes inversiones para desarrollar la Nanotecnología en
todo el mundo.
