El estado del arte en nanotecnología

Introducción

El desarrollo y la difusión de las nanotecnologías auguran un sustantivo impacto en las técnicas y los procesos de producción industrial y, en consecuencia, en el desarrollo económico y social. La velocidad de la difusión de las nanotecnologías se advierte en la creciente y la diversidad de productos que las han incorporado: desde procesadores electrónicos hasta cosméticos, pasando por medicamentos, textiles y levas para motores de automóviles y de aviones. Su notable avance en las principales economías de mundo va acompañado de montos sustantivos de financiamiento público y privado para su investigación y desarrollo. En vías de un potencial desempeño comercial e industrial, las nanotecnologías conforman un campo que progresa rápidamente en descubrimientos e innovaciones. El dinamismo de la innovación en esta área se constata por un sustantivo crecimiento de las patentes nanotecnológicas.

Las nanotecnologías son consideradas por gobiernos, centros de investigación públicos, privados y militares de los principales países del mundo, como un área clave en la convergencia tecnológica en curso (informática-telecomunicaciones, biotecnología y ciencias del cerebro o convergencia nano-cogno-bio-info). El amplio alcance tecnológico de las nanotecnologías, hace de éstas, áreas estratégicas para la competencia industrial, militar y espacial de las próximas décadas. La relevancia de la nanotecnologías, considerada por unos como gran fenómeno, se advierte por su número creciente de patentes y de citas en la literatura científica, a las que han antecedido sustantivas inversiones de gobiernos y compañías (ETC Group: 2004, 3). Las patentes y artículos no sólo significan nuevas ideas tecnológicas y científicas, sino implican nuevos productos y procesos en un muy amplio espectro.

En efecto, las nanotecnologías prometen una enorme aplicación potencial en losámbitos de la economía, la medicina y la protección del medio ambiente: procesos productivos basados en energía barata, no contaminante y con una alta productividad agrícola e industrial, medios informáticos y de comunicación más rápidos y accesibles, eficaces sistemas para administrar y mejorar medicamentos, revolucionarios métodos para almacenar energía o para potabilizar el agua. No obstante, como cualquier novedad, su otra faceta es de incertidumbre y preocupación en relación a los posibles riesgos de su uso para la salud de las personas, animales e incluso el medio ambiente.

De especial interés resulta considerar la problemática en torno a su previsible impacto en las economías de países dependientes de la exportación de productos primarios y de commodities, debido a la sustitución de insumos, desplazamiento de bienes y consecuente desplome de mercados internacionales Los estudios pioneros del impacto económico y social de las

nanotecnologías comienzan a formular y a definir las principales interrogantes: ¿Qué cambios productivos pueden generar? ¿Cómo se relacionan con las nuevas tecnologías? ¿Cuáles son sus dimensiones económicas actuales? ¿Cómo se están configurando las cadenas internaciones de producción en esta naciente tecnología? ¿Qué países comienzan a dominar el mercado mundial de productos y procesos nanotecnológicos? ¿Cómo están impulsando la innovación en este campo gobiernos, universidades y empresas? ¿Qué papel pueden jugar las Nanotecnologías en el desarrollo económico de países periféricos?

Las nanotecnologías: la emergencia de un nuevo paradigma

La trascendencia de la nanotecnología radica en el hecho que implica una revolución en la ciencia y la tecnología basada en las habilidades para medir, manipular y organizar materia a nanoescala (de 1 a 100 mil millones de un metro) en la que convergen de manera multidisciplinaria la física, la química, la biología materiales científicos e ingeniería (Roco y Bainbridge, 2001). En suma, las nanotecnologías se proponen la recreación humana de la materia, su reconfiguración atómica y molecular con propósitos definidos y usos potenciales en los ámbitos de la salud, el medio ambiente y casi todas las industrias. Debido a la interdisciplinariedad que se establece entre los diferentes campos científicos y tecnológicos se abren enormes oportunidades de investigación y desarrollo, así como potenciales paradigmas en materiales y manufacturas, medicina y salud, medio ambiente y energía, biotecnología y agricultura, electrónica y tecnologías de la información y seguridad nacional. Sus efectos, por tanto, estarán en función de lo que pueda significar la combinación de influencias de las diferentes disciplinas que convergen (Ibíd).

De acuerdo a Abricht et al (2004: 17) se pueden identificar esencialmente cuatro campos de la nanotecnología en los cuales confluyen diferentes disciplinas científicas y tecnologías y los cuales encuentran diversos sectores de aplicación: i) nanometrología/ nanoanálisis; ii) la nanobiotecnología /nanomedicina; iii) nanomateriales /nano química/ nanoelectronica/ y iv) nano-óptica

Antecedentes del desarrollo de la nanotecnología

La materia se comporta de manera diferente a escala nano1. El universo atómico opera de acuerdo a las aún poco conocidas leyes de la física o mecánica cuántica. Conforme a este campo científico, los electrones se desplazan de órbita al interior del átomo sin pasar por los puntos intermedios en su trayecto (salto cuántico). Adicionalmente, cualquier componente o elemento químico que en tamaño “macro” posee cierto color, consistencia, determinadas propiedades, etcétera, a escala nano puede ser y comportarse de modo muy diferente, del todo distinto incluso (Royal Society, 2004).

El término “nanotecnología” (del latín nanus: enano- Real Academia, 1895) se acuñó en 1974 a propuesta del japonés Norio Taniguchi (Universidad de Tokio, Japón) para hacer referencia a la tecnología aplicada a escala atómica y molecular. En la actualidad se distinguen, de manera general, dos tipos o dos vías de desarrollo nanotecnológico (Joch: 2005): la vía de arriba abajo y la vía de abajo a arriba (top-downy bottom-up), una es “la versión dilatada que significa cualquier tecnología que trate con algo de tamaño menor que 100 nanometros (nm).”, en tanto que la otra

consiste en “diseñar y construir máquinas en las cuales cada átomo y enlace químico está precisamente especificado” (Storrs). La primera es la modalidad o versión ligera (light) y la segunda es la modalidad dura (hard) o compleja.

Las nanociencias son definidas como el conjunto de disciplinas diversas que buscan comprender las leyes que gobiernan este universo diminuto. Estas tienen como propósito el estudio de las propiedades de la materia a nivel atómico y molecular (propiedades térmicas, eléctricas, magnéticas, ópticas, químicas, etc.). Por tanto, en las nanociencias confluyen un amplio rango de disciplinas científicas: metrónica, ingeniería, biología, química inorgánica y orgánica, física –en todas sus ramas: óptica, termodinámica, electrónica, hidráulica, etcétera. Las nanotecnologías, a su vez, se refieren al conjunto de técnicas y procedimientos que permiten manipular y reconfigurar atómica y molecularmente la materia y, por consiguiente, modelar a voluntad sus características y desempeño (Royal Society: 2004)2. Al combinar estas tecnologías con los sistemas micro-electro mecánicos (MEMS), el potencial de la computación y los conceptos de diseño basados en sistemas biológicos, se crean las condiciones para el desarrollo de objetos y materiales nano que son capaces de responder a su ambiente (Office of Science & Innovation, 2006: 1).

Por su parte, la Iniciativa Nacional en nanotecnología (NNI) de los Estados

Unidos (2000) propone una definición que integra a las nanociencias y a las nanotecnologías y que incluye: “1) investigación y desarrollo tecnológico a niveles atómico, molecular o macromolecular, en la escala de longitud de aproximadamente 1 a 100 nanómetros; 2) creación y uso de estructuras, dispositivos y sistemas que tienen nuevas propiedades y funciones debido a su tamaño pequeño o intermedio; 3) habilidad para controlar o manipular a escala atómica.” La amplia difusión de la nanotecnología y sus enormes potencialidades ocurren desde la segunda mitad de los años ochenta (Drexler, 1986). Aunque, Feynman, precursor de las nanociencias y las nanotecnologías, propuso un modelo científico a finales de los años cincuenta en que se preveía en el futuro la posible fabricación de nuevos productos a partir del reordenamiento de átomos y moléculas (Kerorguen, 2006).

Las ideas científicas de Feynman se hicieron posibles con el uso de microscopios electrónicos altamente perfeccionados que permitieron observar y manipular con precisión la materia a escala nano durante la década de los ochenta. El Scanning Tunneling Microscope (STM) –microscopio de efecto túnel- fue patentado en 1982. Hacia finales de la misma década el Atomic Force Microscope (AFM) - microscopio de fuerza atómica.

El microscopio de efecto túnel hace posible ver a escala nanométrica mediante la representación del objeto en una pantalla de computadora y no mediante una ampliación de la imagen del objeto por unos lentes (como sucede con los microscopios ordinarios).

El microscopio utiliza una fina “aguja” eléctricamente conductora, que escanea la superficie del objeto a una distancia de solo 10 nm. El flujo de electrones que va de la aguja a la superficie

mantiene constante esa distancia. Cuando la superficie se incrementa la aguja también lo hace; y contrariamente si baja, también desciende. De este modo las vibraciones de la aguja permiten trazar gráficamente la imagen de la superficie en una pantalla (ETC, 2003: 13). Además de la observación de estructuras de una escala atómica, este tipo de microscopio permite moverlas y ensamblarlas: al incrementarse el voltaje que corre por la aguja, se logra que los átomos se adhieran –uno a uno- a la punta de la misma; por el contrario, al descender el voltaje, el átomo se “suelta” con lo cual puede ser reubicado de sitio. Con ese procedimiento en 1989 se “levantaron” 35 átomos de xenón (gas inerte) para ser colocados sobre una superficie de cristal de níquel, formando un logotipo de menos de 3 nm., con las letras IBM.4 El microscopio de fuerza atómica opera con un principio semejante: una “aguja” toca y lee una determinada superficie que se reproduce en una imagen en pantalla. En comparación con el modelo de microscopio precedente, el atómico tiene la ventaja de que funciona con materiales que no son altamente conductores eléctricamente tales como células, tejidos y material biológico en general, lo cual amplia considerablemente el rango de sus aplicaciones biotecnológicas y médicas (ETC, 2003: 14).

En la reunión anual de la American Physics Association, en diciembre de 1959, Richard P. Feynman, uno de los más destacados físicos teóricos de la segunda generación del siglo XX y premio Nóbel de Física en 1965, dictó la conferencia “There´s a plenty of room at the bottom” (“Hay abundante espacio en el fondo”).

Los científicos Berd Binnig y Heinrich Rohrer, creadores del STM, obtuvieron en 1986 el premio Nóbel de Física.

A finales de los años ochenta, Curl, Kroto y Smalley5, haciendo uso de los microscopios de precisión atómica descritos, descubrieron unas peculiares estructuras de carbono de forma icosaédrica (similares a balones de fútbol): las Buckyballs o fullerenes6 están conformadas por 60 átomos de carbono (C60), los que a su vez se configuran en veinte hexágonos y doce pentágonos. Posteriormente al estudio de las estructuras de carbono, otro importante hallazgo en la nano-investigación fueron los nanotubos de carbono por Sumio Iijima en 1991. Tales tubos se forman por capas de grafito enrolladas sobre sí mismas; pueden ser de una capa individual o de múltiples capas. Los nanotubos son considerados como un material milagroso debido a sus características y propiedades novedosas y sorprendentes. En la actualidad, son reconocidas como las fibras más resistentes, las que comparadas con el acero, son cien veces más fuertes y, a la vez, seis veces más ligeras. La elevada relación largo/ancho de los nanotubos, que no tiene precedente alguno,7 y su comportamiento electromagnético, permiten operar bien como semiconductor o como metal8 (Royal Society, 2004: 8-9).

Desafíos y alcances de la nanotecnología

La nanotecnología no implica una etapa más hacia la miniaturización sino una nueva escala cualitativa (Roco y Bainbridge, 2001). Para algunos expertos la nanotecnología implicará una revolución productiva del tipo inducido, comparada a las ocurridas en otras épocas en la industria

textil, los ferrocarriles, la industria automotriz y la computación. Los promotores de la nanotecnología auguran entusiastamente que las nanotecnologías no sólo mejoraran el mundo industrial, sino que simplemente lo reemplazaran (Drexler, 1986). Otros, no sólo consideran que ésta sea una revolución tecnológica más, sino que ésta desencadenará una auténtica segunda revolución industrial, en la que tendrán lugar trasformaciones productivas, económicas y sociales de gran envergadura que se difundirán de manera acelerada y dinámica. A la nanotecnología se le pronostica ser el núcleo convergente de la ciencia, la economía y la sociedad del futuro (Bainbridge, 2007; Roco, 2007).

En este futuro que augura, la nanotecnología de abajo a arriba posee el potencial para incrementar las capacidades físicas superiores a las desarrolladas por la revolución industrial. Es decir, es previsible la expansión de las capacidades de aprendizaje y comunicación, superando lo logrado por la imprenta; acelerando las habilidades para viajar, rebasando lo logrado a través del barco y la rueda, así como, ampliando los lugares habitables, por encima de lo que la vestimenta usada permitió. La nanonotecnología podría inducir cambios biológicos tan grandes en el organismo humano que la diferencia entre humanos y chimpancés sería mayor que las diferencia entre humanos y cangrejos. Todos estos cambios, constituirán la nueva revolución tecnológica y podrán ocurrir en la siguiente década, o durante el próximo cuarto de siglo, pero en el siglo XXI. (Hall: 2005, 26).

El nuevo mundo nano puede ejemplicarse a través de tres casos de investigación y desarrollo nanotecnológico. El primero refiere a la construcción de fábricas moleculares (nanofabs) con nanorobots (nanobots) en línea de ensamble y con capacidad para autoreplicarse9. El segundo, concierne a la fabricación de nanocomputadoras electrónicas ensambladas químicamente (Chemically Assembled Electronic Nanocomputers, CAEN) con capacidad para realizar simultáneamente billones de operaciones a costos energéticos ínfimos. El tercer caso es el relativo a nanoenfermeros y nanocirujanos capaces de detectar tempranamente enfermedades, suministrar medicamentos puntualmente in situ o reparar quirúrgicamente con fines ya sean preventivos o correctivos, células, tejidos, órganos, neuronas, de nuestros cuerpos. Algunos autores prevén que el progreso de estas investigaciones ocurrirá en las próximas dos décadas (Silberglitt et al 2006.).

Definición de nanotecnología

Si bien el término “nanotecnología” es ampliamente utilizado, no existe un consenso que permita delimitarlo como sector. Se entiende por nanotecnología a la capacidad técnica para modificar y manipular la materia con la posibilidad de fabricar materiales y productos a partir del reordenamiento de átomos y moléculas, desarrollar estructuras o dispositivos funcionales a las dimensiones nano.

Se define como nanotecnología a la especialidad científica que trabaja con materiales y estructuras cuyas magnitudes se miden en nanómetros y se aplican a la Física, la Química y la Biología.

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicados 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.

El término “nano” corresponde a un prefijo del Sistema Internacional de Unidades (fig. 1) que indica un factor de 10-9, es decir una milmillonésima parte de algo. Así por ejemplo, un nanómetro (nm) equivale a la milmillonésima parte de un metro.

Fig. 1. Sistema internacional de unidades

La nanotecnología es ya una realidad que no deja de crecer. Aplicaciones muy diversas se han visto incrementadas en pocos años por una tecnología que indudablemente revolucionará el mundo. La nanotecnología abarca el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de

materiales, aparatos y sistemas a través del control de la materia en una escala de un nanómetro, aproximadamente una billonésima de metro.

Esta tecnología comenzó a meterse rápido en los mercados electrónicos y de las Tecnologías de la Información, los cuales han empezado a incorporar las innovaciones en materia de microprocesadores y chips de memoria construidos mediante procesos nanométricos. Actualmente, la tecnología se está extendiendo a todos los bienes manufacturados, con aplicaciones para la salud humana como biosensores, dosificación de fármacos en puntos muy exactos, o nanodispositivos portadores de medicamento para células cancerígenas (nano robots).

La nanotecnología ya está implicada en sectores empresariales tan diversos como el textil, el automovilístico o el de equipamiento electrónico. En la industria del automóvil, se emplea para reforzar los paragolpes, debido a su potencial para incrementar la resistencia y absorción de los materiales. También la emplean para mejorar las propiedades adhesivas de la pintura. En el sector textil, existen ya productos con funcionalidades electrónicas tales como sensores que supervisen el comportamiento corporal, mecanismos de auto-reparación, abrigos térmicamente inteligentes y adaptables al clima y hasta lo más insólito: atuendos con acceso a Internet. En cuanto al sector energético, la nanotecnología es clave en la fabricación de nuevos tipos de baterías con una duración mucho más prolongada.

Los cosméticos también tienen su beta, con aplicaciones contra las arrugas basadas en liposomas que transmiten los fármacos a través de la piel y polvos de maquillaje, que incluyen nanopartículas para modificar el reflejo de la luz, lo que impide apreciar la profundidad de las arrugas.

Esto ha impulsado recientemente la investigación de los dispositivos sinápticos a nanoescala", "De hecho, las redes neuronales ya han sido desarrolladas y se han utilizado en algunas aplicaciones". Los circuitos informáticos conectados en redes neuronales ya son realidad. En la electrónica, otra aplicación de la nanotecnología son las pantallas transparentes, para suministrar información interactiva en tiempo real, por ejemplo en el parabrisas de un auto, evitando así mirar hacia abajo, al panel de instrumentos. Las pantallas flexibles que se utilizan en el papel electrónico también son basadas en nanotecnología. Otra aplicación son los códigos de barra electrónicos y las tarjetas de crédito inteligentes, que incluyen un nanoprocesador que aumenta la seguridad de los datos almacenados.

Las nanopartículas y las nanoestructuras han sido parte de la naturaleza y de la vida por millones de años; no obstante, la habilidad de los humanos para trabajar, medir y manipular a nivel de

nanoescala dichas estructuras a través de disciplinas como la física, química y biología, es relativamente nueva.

Al entender las propiedades de los materiales a nanoescala, es cada vez más factible diseñar y crear materiales totalmente nuevos y productos con novedosas características. Un objetivo importante de la nanotecnología es aprovechar las nuevas propiedades que presentan las partículas a nanoescala, y que son distintas a sus propiedades volumétricas.

La posibilidad de crear nuevas estructuras y productos con precisión atómica abre las puertas de un nuevo horizonte tecnológico. Más aún, los expertos en el tema consideran que con el tiempo la nanotecnología nos llevará a una nueva revolución industrial en el siglo XXI y que los sucesivos progresos de la nanociencia estarán entre los grandes avances tecnológicos que cambiarán el mundo teniendo un impacto en el ámbito social, cultural y económico de la vida cotidiana.

El área de las nanotecnologías es reciente y pluridisciplinaria. A nivel mundial, se encuentra en una etapa de acumulación de conocimiento y generación de innovaciones en función de un conjunto de potenciales aplicaciones.

Analizando en detalle la cadena de valor implícita en el desarrollo de la nanotecnología, se pueden identificar los siguientes eslabones:

1. Nanomateriales: estructuras de la materia desarrollada artificialmente con dimensiones inferiores a los 100 nanómetros que exhiben propiedades dependientes del tamaño y que han sido mínimamente procesadas. Por ejemplo: nanopartículas; nanotubos; puntos cuánticos; fulerenos; dendrímeros y materiales nanoporosos.

2. Nanointermediarios: productos intermedios que no caen en la categoría de nanomateriales ni de productos de consumo final, que incorporan nanomateriales o que han sido construidos con características nanométricas: revestimientos; tejidos; memorias y chips lógicos; componentes ópticos; materiales ortopédicos; entre otros.

3. Productos nanoenriquecidos: productos del final de la cadena de valor que incorporan nanomateriales o nanointermediarios: autos; vestimenta; aviones; computadoras; dispositivos electrónicos; alimentos procesados; productos farmacéuticos; etc.

4. Nanoherramientas: instrumentos técnicos y software utilizados para visualizar, manipular y modelar la materia a escala manométrico. Por ejemplo: microscopios de fuerza atómica; nanomanipuladores y equipamiento de nanolitografía.

A nivel mundial, se pueden destacar las siguientes características del sector bajo análisis

La nanotecnología está fuertemente dinamizada por la investigación científica, al punto tal que la transición en la cadena que involucra a la ciencia–tecnología–innovación es muy rápida. Se trata de un campo intensivo en ciencia, donde también tienen protagonismo los saberes previos de los actores, que ajustan y afinan las búsquedas de nuevo conocimiento.

En los últimos cuatro años, la nanotecnología incorporada en productos creció en promedio un 22%. Se espera que en los próximos años esta tendencia se mantenga.

La nanotecnología ha capturado el interés de empresas, gobiernos e inversionistas de riesgo debido a que la misma permite crear, transformar y mejorar productos. En ese sentido, durante el año 2007 el gasto mundial de I+D en nanotecnología alcanzó los 13.500 millones de dólares.

El 54% de los fondos destinados a I+D del sector en 2007 fueron aportados por empresas, desplazando así al gobierno quien aportó el 46% restante. La empresa BASF, por ejemplo, ha declarado a la nanotecnología como una de sus principales áreas de investigación para los próximos cinco años.

Muchas empresas observan como una alternativa positiva la vinculación con universidades, centros de investigación y organismos de ciencia y tecnología. Por ejemplo, la Universidad de Bonn (Alemania) que se especializa en el “Efecto Loto” (tecnología repelente de agua y suciedad) ofrece estos conocimientos a distintas industrias, entre las que se incluyen la rama textil, el calzado, los plásticos, las pinturas, los recubrimientos, el papel, las cerámicas, etc.

La estrategia de investigación en nanotecnología a nivel mundial ha variado en el tiempo. Durante el período 2004-2005, la investigación estuvo principalmente focalizada en la creación de nuevos nanomateriales mientras que durante los últimos años, la mayoría se orientó a los nanointermediarios. A futuro se espera que los esfuerzos se orienten a aplicar dichos conocimientos a soluciones específicas, teniendo un impacto mayor en la categoría de productos finales.

En las empresas dedicadas a productos nanotecnológicos de los países centrales, se destacan dos trayectorias básicas de innovación: la hibridación de la base del conocimiento de las grandes empresas ya existentes y la explotación de oportunidades por pequeñas firmas de nueva creación o spin-off (Avenel et al., 2007).

En términos económicos, la última etapa de la cadena de valor posee la mayor relevancia. Los productos finales enriquecidos con nanotecnologías han generado una ganancia de 137 mil millones de dólares en el año 2007 y se espera que alcance los 2,7 billones de dólares en 2015. En tanto, los nanomateriales superaron los 678 millones de dólares de ganancia en 2007 y se espera que crezca a una tasa promedio del 20% hasta el año 2015. Por último, los nanointermediarios alcanzaron una ganancia de 9.800 millones en 2007 y crecerán a una tasa del 60% anual hasta el 2015.

Clasificaciones de la nanotecnología

Con el avance de esta tecnología han surgido nuevos conceptos y múltiples aplicaciones, muchas de las cuales describiremos a continuación para facilitar la comprensión de este campo y sus diversas ramificaciones

Nanobiotecnología

La nanobiotecnología constituye una amplia área interdisciplinar, y como tal, se nutre de todo tipo de disciplinas: ingeniería, física, química, biología, microbiología, biomedicina, ciencia de los materiales y matemáticas, entre otras.

Nanomedicina

La nanomedicina es la aplicación de los conocimientos de nanotecnología en las ciencias y procedimientos médicos.

En teoría, con la nanotecnología se podrían construir pequeños nano-robots, nanobots que serían un ejército a nivel nanométrico en nuestro cuerpo, programados para realizar casi cualquier actividad.[1]

Por ejemplo, una de las aplicaciones más prometedoras sería la habilidad de programar estos nanobots para buscar y destruir las células responsables de la formación del cáncer.[2] Los nanobots de la nanomedicina podrían producirse con la función de reestructurar o reparar tejidos músculosos u oseos. Las fracturas podrían ser cosa del pasado, los nanobots podrían programarse para identificar fisuras en los huesos y arreglar éstos de dos formas; realizando algún proceso para acelerar la recuperación del hueso roto o fundiéndose con el hueso roto o inclusive las dos.[3] Y así con infinidad de enfermedades de varios tipos disolviendo sustancias de múltiples variedades

según, en sangre o en la zona a tratar específicamente, inyectando pequeñas cantidades de antibióticos o antisépticos en caso de resfriados o inflamaciones, etc.

Actualmente, las nanopartículas de plata se están usando como desinfectantes y antisépticos, en productos farmacéuticos y quirúrgicos, en ropa interior, guantes, medias y zapatos deportivos, en productos para bebés, productos de higiene personal, cubiertos, refrigeradores y lavadoras de ropa. Un problema derivado de estas aplicaciones es su impacto ambiental, ya que en 2005, un estudio encontró que la plata en nanopartículas es 45 veces más tóxica que la corriente y además, en 2008, otro estudio indicó que pueden pasar nanopartículas sintéticas a los desagües, con fuerte toxicidad para la vida acuática, eliminando también bacterias benignas en los sistemas de drenaje

Nanoelectrónica

La Nanoelectrónica se refiere al uso de la nanotecnología en componentes electrónicos, especialmente en transistores. Aunque el término nanotecnología se usa normalmente para definir la tecnología de menos de 100 nm de tamaño, la nanoelectrónica se refiere, a menudo, a transistores de tamaño tan reducido que se necesita un estudio más exhaustivo de las interacciones interatómicas y de las propiedades mecánico-cuánticas. Es por ello que transistores actuales (como por ejemplo CMOS90 de TSMC o los procesadores Pentium 4 de Intel), no son listados en esta categoría, a pesar de contar con un tamaño menor que 90 o 65 nm.

A los dispositivos nanoelectrónicos se les considera una tecnología disruptiva ya que los ejemplos actuales son sustancialmente diferentes que los transistores tradicionales. Entre ellos, cabe destacar la electrónica de semiconductores de moléculas híbridas, nanotubos / nanohilos de una dimensión o la electrónica molecular avanzada.

sub-voltaje y la nanoelectrónica de sub-voltaje profundo son campos específicos e importantes de I+D, y la aparición de nuevos circuitos integrados operando a un nivel de consumo energético por procesamiento de un bit próximo al teórico (fundamental, tecnológico, diseño metodológico, arquitectónico, algorítmico) es inevitable. Una aplicación de importancia que pueda beneficiarse finalmente de esta tecnología, en lo referente a operaciones lógicas, es la computación reversible.

Aunque todas estas actividades son muy prometedoras aún están bajo desarrollo y no van a estar disponibles en el mercado en un futuro próximo. Por ejemplo, se estima que el proceso de reducción de transistores de 22 nm a 16 nm será de 6 años, en vez de 2 como habitualmente se tarda en reducir. Puesto que el silicio no opera bien a menos de 22 nm, tiene que investigarse otro método como uso de grafeno o High-K

Nanoingeniería

La Nanoingeniería es una rama de la ingeniería, que usa la nanotecnología para diseñar productos y sistemas a nanoescala. Su nombre se origina del nanómetro, la unidad de medidas equivalente a un metro divido mil millones de veces (al 10x^-9 en notación científica). La Nanoingeniería surge a partir del desarrollo de la nanotecnología.

La Nanoingeniería es una disciplina en rápido y permanente desarrollo dada su juventud. Una importante área de la Nanoingeniería que empieza a convertirse en una herramienta de común uso es la de las simulaciones moleculares orientadas al análisis y desarrollo de nano-sistemas. Están incluidos en esta área los estudios computacionales de nanoestrucruras como nanocanales, nanomotores, sistemas nanofluidicos, etc.}

Métodos de la Nanoingeniería

Fotolitografía: Es un método que usa luz para producir diseños en químicos foto-sensitivos, los cuales son después retirados para exponer la nueva superficie. Esta técnica es una de las principales en la fabricación de circuitos integrados.

Litografía de Rayo de Electrones (Electron Beam Lithography): Similar a la fotolitografía, pero se usan rayos de electrones en vez de luz.

Microscopio Escáner de Túnel (Scanning tunneling microscope (STM)): El cual puede ser utilizado para reproducir y manipular estructuras tan pequeñas como un átomo.

Autoensamblaje molecular (Self Assembly): Secuencia arbitrarias del ADN sintético que se producen en cantidad y las cuales pueden ser organizadas en proteínas únicas o en aminoácidos que pueden ser vinculados a otros lienzos de ADN, y de los cuales se pueden crear estructuras simples.

Nanoquímica

Nanoquímica es una nueva rama de la nanociencia relacionada con la producción y reacciones de nanopartículas y sus compuestos. Está relacionada con las propiedades características asociadas con ensamblajes de átomos o moléculas sobre una escala que varía de tamaño de los bloques individuales hasta las del material aglomerado(desde 1 hasta 1000 nm1 ). A este nivel, los efectos cuánticos pueden ser significativos, teniendo así nuevas formas de llevar a cabo reacciones químicas. El profesor Geoffrey Ozin de la Universidad de Toronto es considerado como el padre de la nanoquímica. "Su visionario artículo "Nanochemistry - Synthesis in Diminishing Dimensions" (Advanced Materials, 1992, 4, 612) estimuló a todo un nuevo campo: proponía que los principios de la química podían aplicarse a la síntesis de materiales de "abajo hacia arriba" "sobre cualquier escala de longitud" mediante los "principios de construcción de bloques jerárquicos": esto es, utilizando bloques de construcción de escala nano/molecular "programados" con información química que los auto-ensamblará espontáneamente, de una manera controlada, en estructuras que abarcan un amplio intervalo de escalas de longitud.2 "

Esta ciencia emplea metodologías de la síntesis química y la química de materiales para obtener nanomateriales con tamaños, formas, propiedades superficiales, defectos, y propiedades auto-ensamblantes específicos, diseñados para cumplir con usos y funciones específicas.

Nanometrologia

El nanometrología es un subcampo de la metrología en la ciencia de la medición (metrología) en el nivel de la nanoescala . El nanometrología tiene un papel crucial en la producción de nanomateriales y dispositivos con un alto grado de precisión y fiabilidad en la nanofabricación .

Un reto en esta área es el desarrollo y la creación de nuevas técnicas de medición y estándares que satisfagan las necesidades de fabricación de próxima generación, basados en la tecnología y los materiales a escala nanométrica. La necesidad de medición y caracterización de nuevas estructuras y características de la muestra exceden con mucho las capacidades de la ciencia de la medición actual. Con respecto a la nanotecnología emergente in dustria de los EE.UU., el progreso esperado requerirá un metrología revolucionario con mayor resolución y exactitud de lo esperado previamente.

Campos de investigación en nanotecnología

Hoy en día hay ya un estimado de más de 20,000 investigadores en todo el mundo trabajando sobre nanotecnología. Las nanoestructuras, como los componentes basados en carbono, semiconductores, metales y óxidos metálicos, son los bloques fundamentales en la construcción de este nuevo proyecto tecnológico del nanomundo. La investigación en la implementación de estos bloques fundamentales en áreas muy concretas ha proliferado en un enramado de variados campos de investigación propios. Las actuales áreas de investigación en nanotecnología junto con sus subdisciplinas se pueden listar como sigue:

Materiales nanoestructurados: Materiales nanofuncionales, nanopartículas, nanotubos de carbón, nanoalambres, nanodiamante, nanovías, polimeros nanoestructurados, manipulación a nanoescala de polímeros, capas nanoestructuradas, nanocatalisis, nanocristales en semiconductores basados en si, materiales nanocristalinos y nanocompuestos, películas delgadas de cristales fotónicos, biomoléculas.

Síntesis y ensamble de nanomateriales: Nanopartículas, nanotubos de carbono, nanomáquinas, nanodeposición, métodos sol-gel, granulado, nanocompuestos.

Métodos de nanofabricción: aproximaciones “descendentes” (Top-down): litografía o nanolitografía Dip-Pen. Aproximaciones “ascendentes” (Bottom-up): crecimiento selectivo;autoensamblado; manipulación por barrido.

Nanaomanipulación: manipuladores basados en microscopios de barrido, nanopinzas.

Nanolitografía: microscopios de prueba de barrido (SPM), nanolitografía dip-pen, ultravioleta extremo (EUV), nanolitografía por haz de electrones/rayos X, haces de iones dirigidos, nanolitografía por acoplamiento de luz, nanolitografía de huella.

Nanosensores: sensores de nanotubos y nanoalambres, sensores de nanocompuestos

Comportamiento cuántico y limites de escalamiento de CMOS: Ley de Moore del escalamiento y los limites de la tecnología CMOS, teoría/mecánica cuántica, interferencia ondulatoria, mecánica cuántica, efecto túnel, difracción, puntos cuánticos, alambres cuánticos,pozos cuánticos. Corrales cuánticos.

Nanoelectrónica: Nanoelectrónica del silicio y de carbono, nanoelectrónica molecular,nanoelectrónica de ADN, nanoelectrónica neuromórfica, nanocontactos y magnetorresistencia balística (BMR), electrónica de un solo electrón, arreglos Josephson, dispositivos basados en RTD (diodos túnel resonantes), espintrónica. Las aplicaciones de la nanoelectrónica incluyen componentes de memoria, lógicos, ópticos, pasivos, dispositivos de emisión de campo, displays de pantalla plana y diodos emisores de luz. Sin embargo, hay investigaciones con cada vez mayor actividad en magnetismo ultra pequeño, propiedad atómica que resulta del 20 espín del electrón; espintrónica o nanoespintrónica. La espintronica (electrónica basada en espín) busca aislar el espín de la carga del electrón; los dispositivos basados en espintrónica son dispositivos que dependen del espín del electrón para ejecutar sus funciones. El espín es una propiedad fundamental del electrón y es la base de los bits magnéticos de un disco duro de una computadora. Las computadoras actuales almacenan información con pequeños magnetos, pero estos medios de almacenamiento necesitan millones de los dispositivos para hacer el trabajo. Usar magnetos a nanoescala conducirá a medios de almacenamiento de uno o dos órdenes de magnitud más potentes que los de la tecnología presente.

Nanofotónica: nanoescudos ópticos, estructuras de gap fotónico, estructuras fotónicas cristalinas, nanoóptica, nanocavidades, guías de onda de cristales fotónicos, óptica atómica y nanodireccionamiento fotónico.

Nanomecánica: Microscopios de fuerza atómica (AFM), nanoresonadores, nanovoladizos, transistores nanomecánicos, nanoacústica, nanofluidos, nanocortado, nanorobots, nanoelectromecanica (NEMS) (también MEMS) y nanomanipuladores AFM.

Nanomagnetismo: Magnetos a nanoescala, nanopartículas magnéticas, alta magnetorresistencia (GMR), espintrónica, nanosensores magnéticos para almacenamiento magnético de ultra alta densidad.

Nanoquímica: nanoquímica de autoensamblado (el auto ensamblado es el principio de construcción que la naturaleza usa para crear sus estructuras moleculares funcionales), nanocatálisis, baterías, celdas de combustible, litografía nanoelectroquímica.

Nanobiotecnología: Motores moleculares, electrónica biomolecular, interacción nanotecnológica de ADN mitocondrial, técnicas de micromanipulación, autoensamblado, chips genéticos, nanobiosensores, estructuras biomoleculares autoensambladas, bio-MEMS, bioelectrónica, nanoeletronica de ADN.

Nanoinstrumentación: nanometrología y herramientas para estructuras/materiales a nanoescala SPM, TEM, etc.