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La nanotecnologia

Enviado por Juan Matute



  1. Abstract
  2. Introducción
  3. Marco teórico
  4. Conclusiones
  5. Bibliografía

Abstract

in this paper we focus on what is nanotechnology, its concept, its benefits and risks to humanity, and also their applications.

Introducción

La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican al un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.

Marco teórico

La nanotecnologia 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, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala.

Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

1.1 HISTORIA DE LA NANOTECNOLOGÍA

-1820 - Faraday y su descubrimiento de la ley de inducción magnética.

-Los años 40: Von Neuman estudia la posibilidad de crear sistemas que se auto-reproducen como una forma de reducir costes.

-1947: John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley inventaron el transistor, recibiendo el Premio Nobel de Física por ello en 1956.

-1959: Richard Feynmann hizo por primera vez pública la visión de intervenir a nivel atómico. Sus reflexiones no generaron gran impacto en la época.

-1966: Se realiza la película "Viaje alucinante" que cuenta la travesía de unos científicos a través del cuerpo humano. Los científicos reducen su tamaño al de una partícula y se introducen en el interior del cuerpo de un investigador para destrozar el tumor que le está matando. Por primera ve en la historia, se considera esto como una verdadera posibilidad científica. La película es un gran éxito.

-1982: Descubrimiento del 'microscopio de barrido efecto túnel' (STM), por Gerd Binning y Heinrich Rohrer.

Fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1986 por su invención.Ha permitido obtener mapas muy precisos de superficies en las que cada átomo puede distinguirse.Ha proporcionado también imágenes atómicas de moléculas de ADN, de extrema importancia en genética.

-1985: Se descubren los buckminsterfullerenes

-1986:  K. Erik Drexler, Insinuó la posibilidad de crear sistemas de ingeniería a nivel molecular en su libro "Los motores de la creación".

-1989: Se realiza la película "Cariño he encogido a los niños", una película que cuenta la historia de un científico que inventa una máquina que puede reducir el tamaño de las cosas utilizando láser.

-1996: Sir Harry Kroto gana el Premio Nobel por haber descubierto fullerenes

-1997: Se fabrica la guitarra más pequeña el mundo. Tiene el tamaño aproximadamente de una célula roja de sangre.

-1998: Se logra convertir a un nanotubo de carbón en un nanolapiz que se puede utilizar para escribir

-2001: James Gimzewski entra en el libro de récords Guinness por haber inventado la calculadora más pequeña del mundo.

1.2 TIPOS DE NANOTECNOLOGÍA

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 nanométricas. 

  • 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 microminiaturización.

  • Nanotecnología Seca y Humeda

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 nanoestructuras.

  • 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 nanomanipuladores controlados por computadoras.

1.3 BENEFICIOS DE LA NANOTECNOLOGÍA

  • La nanotecnología puede resolver muchos problemas humanos:

Con esto nos referimos a que la nanotecnología permitiría a las  personas pudiesen vivir en alojamientos más dignos con sistemas mejores de alcantarillados para una mejor salud.

  • Nanotecnología puede resolver muchos problemas relacionados con el agua:

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.  Una tecnología de separación eléctrica que atrae a los inoes a láminas supercapacitor pueden eliminar sales y metales pesados.

  • Nanotecnología y el sector agrícola:

Con la nanotecnología se podrían construir invernaderos, con o sin aislamiento termal, a un coste muy bajo

  • Nanotecnología y la energía solar:

Alternativas como la generación de la electricidad solar dependería de la conversión fotovoltaica o de la concentración de luz solar directa.

  • Nanotecnología para mejorar el entorno de las personas:

La capacidad de eliminar ciertos insectos tendría un impacto favorable sobre ciertas enfermedades. Aislamiento termal en edificios resulta en ambientes más cómodos y reduce el consumo de energía. Sistemas de tuberías para agua y para el tratamiento de residuos incrementan el nivel de higiene y reduce enfermedades.

  • Nanotecnología como una solución para la brecha digital:

Ordenadores y teléfonos celulares y móviles podrían ser accesibles económicamente para la gente más pobre en el mundo y podrían incorporar interfaces de voz para usuarios analfabetos.

Las herramientas de la investigación y la práctica de la medicina serán menos costosos y más potentes.

Numerosos pequeños sensores, ordenadores y diversos aparatos implantables de bajo coste permitirán un control continuo sobre la salud de pacientes así como tratamiento automático.

  • Nanotecnología y los beneficios para el medioambiente:

Una de las grandes causas del deterioro del medioambiente es la agricultura.

Pero el uso de los invernaderos para la producción agrícola reduciría a su vez el consumo de agua, tierras y daño causado a la tierra. Energía solar almacenable reducirá emisiones de ceniza, hollín, hidrocarbono, NO, CO2 y petróleo.

Gran parte de los problemas y conflictos sociales en la actualidad tienen su raíz en la pobreza, problemas de salud y en la ignorancia.

La fabricación molecular podría eliminar la pobreza material, o al menos el grado de pobreza experimentado por tantas personas en el mundo actual.

1.4 RIESGOS DE LA NANOTECNOLOGÍA

  • Desequilibrio económico debido a una proliferación de productos baratos:

Uno de los riesgos de la fabricación molecular es el posible desequilibrio de la estructura económica actual, con una posible reducción masiva en el valor de muchos recursos materiales y humanos, incluyendo una gran parte de nuestra infraestructura actual.

  • Riesgo personal por uso de la nanotecnología molecular por parte de criminales o terroristas:

Si ciertos aparatos, con mucho mayor fuerza y potencia y mucho menos tamaño, llegan a las manos de criminales y terroristas, éstos podrían hacer mucho daño a la sociedad. Hay el riesgo de que nuevos sistemas de seguridad y defensa contra este tipo de aparatos no se desarrollen a tiempo para ser instalados de forma inmediata o comprensiva.

  • Riesgos para las libertades personales o sociales por restricciones excesivas:

La fabricación molecular permitirá la creación de super-ordenadores muy pequeños y económicos, que en teoría podrían lanzar un programa de vigilancia permanente sobre todo el mundo. Sería fácil la fabricación masiva y barata de este tipo de aparatos de vigilancia Al tener la capacidad de fabricar billones de aparatos, cada uno con millones de partes, por un coste de unos pocos dólares, se podría aplicar a todo el mundo cualquier  tecnología automatizada aplicable a una persona.

  • Desequilibrio social por nuevos productos o formas de vida:

La mayoría de las sociedades prefieren prohibir ciertos productos: se prohíben los fusiles en el Reino Unido, la sandía sin pepitas en Irán, los objetos sexuales en Téjas, ciertas drogas como la marihuana en los EE.UU., y el alcohol en las sociedades islámicas. Aunque muchas de estas restricciones se basan en principios morales no compartidos por la mayoría de la población mundial, el hecho de que existan indica la sensibilidad de las sociedades - o al menos sus gobernantes - hacia productos no deseados.

La capacidad de fabricar productos ilegales utilizando fábricas personales podría desequilibrar la sociedad y dar entrada a una normativa excesivamente rígida sobre la tecnología. Nuevas estilos de vida hechos posibles por las nanotecnología también podrían causar desequilibrios sociales.

  • Carrera inestable de armas fabricadas con la nanotecnología:

Al permitir que muchos países tuviesen capacidad de destrucción global, también podría eliminar la capacidad de los países más poderosos de controlar el escenario internacional. Y al hacer pequeños grupos auto-suficientes, podría fomentar la fragmentación de naciones.

  • Daños medioambientales colectivos derivados de productos no regulados:

La naturaleza compacta de maquinaria fabricada por la nanotecnología podría fomentar el uso de productos muy pequeños, que podrían a su vez convertirse con el tiempo en un tipo de nano-basura que sería difícil de limpiar y podría causar problemas de salud.

  • Un mercado negro de la nanotecnología (aumenta la posibilidad y el peligro de otros riesgos):

La disponibilidad no controlada de nanotecnología molecular podría derivar de una regulación excesiva o deficiente. La regulación deficiente haría que fuese fácil el acceso a y el uso de una nano fábrica. La regulación excesiva crearía una demanda frustrada por productos desarrollados a través de la nanotecnología; una demanda que, si se hiciese lo suficientemente fuerte, financiaría el espionaje, el desarrollo independiente y, al final, el desarrollo de un mercado negro más allá de los controles de las autoridades centralizadas

1.5 APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGIA

1.5.1 TRATAMIENTO CONTRA EL CÁNCER

El equipo de Nanospectra ha logrado desarrollar nanopartículas de cristal bañadas en oro capaces de invadir un tumor y, cuando se calientan a través de un sistema remoto, capaces de destruirlo.

La clave del alto grado de efectividad de este nuevo avance se deriva de las dimensiones de las partículas. Las nanopartículas tienen un diámetro de 150 nanómetros, que según el equipo de Nanoespectra, es el tamaño ideal para que puedan atravesar los vasos sanguíneos agujereados de un tumor. Esto podría permitir que las partículas se acumulasen en el tumor más que en otros tejidos. Cuando se dirigen rayos de luz infrarrojos a la localización del tumor, bien desde el exterior, o bien a través de una sonda, las partículas absorben la luz y se calientan. El resultado es que los tumores se calientan más que los otros tejidos alrededor, y se mueren.

En el primer estudio realizado por la empresa, los tumores en ratones injertados con las nanopartículas desaparecieron a los seis días después de aplicarles el tratamiento de los rayos infrarrojos.

Aunque la aplicación de rayos infrarrojos de luz ha sido utilizada en el campo de la medicina como una herramienta para mostrar imágenes, este nuevo avance científico supone la primera vez que se aplican rayos infrarrojos para calentar a los tejidos.

En teoría, este nuevo avance tecnológico podría ayudar a eliminar aquellos tumores que caracterizan el cáncer de pecho, próstata y pulmón. La nanotecnología se sumaría así a otros tratamientos contra los cánceres más convencionales como la quimioterapia y la radioterapia. Y, según el presidente de Nanospectra Donald Payne, este nuevo método sería una "herramienta mucho menos tóxica para la caja de herramientas de los cirujanos".

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1.5.2 NANOTECNOLOGIA EN LA INDUSTRIA TEXTIL

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La moda en las prendas de vestir, además de tener fines estéticos, también empieza a incluir la nanotecnología para brindar otras opciones para vivir mejor como calmar el estrés, levantar el ánimo, repeler mosquitos, entre otros.

Teniendo en cuenta la aromaterapia, que mediante el sentido del olfato que llega directo al cerebro, se crean prendas en las que se incluyen microcápsulas con esencias naturales que, en el momento de vestirlas, despliegan todos sus beneficios.Utilizando la tecnología del plasma y mediante un proceso absolutamente ecológico, se han creado prendas antimanchas que repelen la lluvia y cualquier líquido, bien sea vino, cava o sopa.

Se encuentran las novedosas prendas antiestrés. No se trata de diseños con masajes incorporados, sino de prendas con microcápsulas de antiestáticos que evitan que las mujeres se carguen de la energía electroestática que desprende el teléfono móvil o el ordenador, que, además de facilitar la vida, consiguen llevar los nervios a flor de piel.

Las prendas antimosquitos, que a través de un producto repelente encapsulado en las tramas del tejido consigue desviar los picotazos de este impertinente insecto.

Prendas de vestir en materiales que mantienen la presión arterial, hasta calcetines que ayudan con los hongos.

1.5.3 NANOTECNOLOGIA EN LOS ALIMENTOS

Los investigadores están utilizando nanopartículas de silicato para proporcionar una barrera a los gases (por ejemplo, oxígeno), o la humedad en una película de plástico utilizado para el embalaje. Esto podría reducir la posibilidad de echar a perder la comida o la desecación.Nanopartículas de óxido de zinc se pueden incorporar en los envases de plástico para bloquear los rayos UV y proporcionar protección contra las bacterias, al tiempo que mejora la fuerza y ??la estabilidad de la película de plástico.Se están desarrollando nanosensores que pueden detectar las bacterias y otros contaminantes, como la salmonela, en una planta de envasado. Esto permitirá que las pruebas frecuentes, a un costo mucho más bajo que el envío de muestras a un laboratorio para su análisis. Esta prueba de punto de embalaje, si se realiza correctamente, tiene el potencial de reducir drásticamente la posibilidad de alimentos contaminados con llegar a los estantes de supermercados.La investigación también se están llevando a cabo el desarrollo de nanocápsulas que contienen los nutrientes que se liberan cuando nanosensores detectar una deficiencia de vitaminas en su cuerpo. Básicamente, esta investigación podría dar lugar a un sistema de almacenamiento súper vitamina en el organismo que proporciona los nutrientes que necesita, cuando usted los necesita."Interactivo" los alimentos se están desarrollando que le permiten elegir el sabor y color deseados. Nanocápsulas que contienen sabor o potenciadores de color están incluidos en el alimento; inerte hasta que un consumidor hambriento las desencadena. El método no ha sido publicado, por lo que será interesante ver cómo este truco en particular se lleva a cabo.Los investigadores también están trabajando sobre los plaguicidas encapsulados en nanopartículas, que la liberación de pesticidas sólo en el estómago de un insecto, reduciendo al mínimo la contaminación de las mismas plantas.Otro desarrollo que se persued es una red de nanosensores y dispensadores utilizados en un campo agrícola. Los sensores reconocen cuando una planta necesita nutrientes o agua, antes de que haya algún indicio de que la planta es deficiente. Los dispensadores a continuación, suelte los fertilizantes, nutrientes o agua si es necesario, optimizar el crecimiento de cada planta en el campo por uno.

1.5.4 NANOTECNOLOGIA EN EL DEPORTE

El fabricante suizo BMC ha desarrollado una bicicleta con una estructura que incorpora nanotubos de carbón.  El marco pesa menos de un kilo y goza de unos niveles excepcionales de rigidez y fuerza, y ya es utilizado por el equipo Phonak. BMC afirma ser la primera empresa que ha logrado construir un marco de bicicleta utilizando nanotecnología de nanotubos de carbón.

Para crear la estructura, BMC, aplicó tecnología de composites, 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 tubos se disipen con mayor facilidad en otros materiales.

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1.5.5 LA NANOTECNOLOGÍA EN LAS CÉLULAS SOLARESReducción de los costes de fabricación como consecuencia del uso de un proceso de baja temperatura similar a la impresión en lugar del proceso de deposición al vacío de alta temperatura normalmente se utilizan para producir células convencionales fabricados con material semiconductor cristalino.Reducción de los costos de instalación logrado mediante la producción de rollos flexibles en lugar de paneles rígidos de cristalino. Las células hacen de las películas delgadas de semiconductores también tienen esta característica.Las células de la nanotecnología en la actualidad dispone de solares no son tan eficientes como los tradicionales, sin embargo, su menor costo de las compensaciones de este. En las versiones de la nanotecnología a largo plazo debe ser tanto un menor coste y, con los puntos cuánticos, debe ser capaz de llegar más alto

1.5.6 LA NANOTECNOLOGÍA EN EL ESPACIOLos investigadores están buscando en las siguientes aplicaciones de la nanotecnología en los vuelos espaciales:

El empleo de materiales compuestos de nanotubos de carbono para reducir el peso de las naves espaciales como el que se muestra a continuación, manteniendo o incluso aumentando la resistencia estructural.

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El uso de nanotubos de carbono para fabricar el cable necesario para el ascensor espacial, un sistema que podría reducir significativamente el costo de envío de material en órbita. Nova tiene un buen video que explica los conceptos.Implementación de una red de nanosensores para buscar grandes superficies de los planetas como Marte en busca de rastros de agua o de otros productos químicos. Para leer más sobre esto, vea la página 27 de este informe sobre Bio-nano-máquinas para aplicaciones espaciales.La producción de propulsores para la nave espacial que los dispositivos de MEMS para acelerar el uso de nanopartículas. Esto debería reducir el peso y la complejidad de los sistemas de hélice de utilizarse para misiones interplanetarias. Uno de los costos función de ahorro de este tipo de propulsores es su capacidad para recurrir a más o menos de los dispositivos MEMS, dependiendo del tamaño y los requisitos de empuje de la nave, en lugar de diseñar y construir diferentes motores de las naves espaciales de diferentes tamaños.El uso de nanotubos de carbono para construir ligero velas solares que utilizan la presión de la luz del sol que se refleja en la celda del espejo-como la energía solar para propulsar una nave espacial. Esto resuelve el problema de tener que levantar el suficiente combustible para las naves espaciales en órbita de energía durante las misiones interplanetarias.Trabajar con nanosensores para controlar los niveles de químicos traza en las naves espaciales para vigilar el desempeño de los sistemas de soporte de vida.

1.5.7 CONTAMINACIÓN DEL AGUA Y LA NANOTECNOLOGÍALa nanotecnología se está utilizando para desarrollar soluciones a tres problemas muy diferentes en la calidad del agua.Uno de los retos es la eliminación de la contaminación industrial del agua, tales como limpieza de las expresiones culturales tradicionales solvente llamado, de las aguas subterráneas. Las nanopartículas pueden ser utilizados para convertir los químicos contaminantes a través de una reacción química para que sea inofensivo. Los estudios han demostrado que este método puede ser utilizado con éxito para llegar a los contaminantes dispersos en los estanques subterráneos ya un costo mucho menor que los métodos que requieren el bombeo del agua de la tierra para su tratamiento.Otro desafío es la extracción de sal o de metales del agua. Un método de desionización utilizando electrodos compuesto de nano-tamaño de las fibras se muestra prometedor para reducir el costo y las necesidades de energía de convertir el agua salada en agua potable.El tercer problema se refiere al hecho de que los filtros estándar no funcionan en las células de virus. Un filtro de sólo unos pocos nanómetros de diámetro, está actualmente en desarrollo que debe ser capaz de eliminar virus de las células del agua.Conclusiones

En este ensayo nos enfocamos en el concepto de la nanotecnología, nos pudimos dar en cuenta que la utilización de la nanotecnología es muy beneficioso para la humanidad ya que se puede resolver varios problemas y los mas importante que se pueden combatir puede ser el tratamiento contra las enfermedades como el cáncer y la purificación del agua que es un elemento vital para la sobrevivencia de la humanidad.

Así como hay beneficios también hay riesgos como por ejemplo para el uso de la delincuencia en construcción de armas y de elementos baratos lo cual puede afectar en la economía de la sociedad.

Bibliografía

  • http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_que_es.htm

  • http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsable/nanotecnologia_beneficios.htm

  • http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsable/riesgos_nanotecnologia.htm

  • http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/aplicaciones_nanotecnologia/nanotecnologia_aplicaciones.htm

 

 

Autor:

Juan Matute

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA


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