- 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