ITSS. Loor, Nanotecnología.

NANOTECNOLOGÍA

Miguel Ángel Loor Rodríguez Carrera de electrónica

Instituto tecnológico superior “SUCRE”Quito

mi.c.kyangel@hotmail.com

RESUMEN: El propósito de este artículo es mostrar y dar a conocer que es y cuáles son las aplicaciones de la denominada “nanotecnología” ciencia que va mucho más allá de lo que el ojo humano puede percibir, puesto que trabaja con lo “infinitamente pequeño” de la ciencia tal como la conocemos.

La nanociencia está unida en gran medida desde la década de los 80 con Drexler y sus aportaciones a la “nanotecnología molecular", esto es, la construcción de nanomáquinas hechas de átomos y que son capaces de construir ellas mismas otros componentes moleculares.

ABSTRACT: The purpose of this article is to show and publicize it and what applications called "nanotechnology" science that goes far beyond what the human eye can perceive are, since it works with the "infinitely small" science as we know it.

Nanoscience is linked largely from the 80's with Drexler and his contributions to "molecular nanotechnology" that is, the construction of nanomachines made of atoms and that are able to build other molecular components themselves.

PALABRAS CLAVE: Definición e Historia, Inversión, Características, Nanotecnología Avanzada, Futuras Aplicaciones, Riesgos Potenciales.

1 INTRODUCCIÓN

Imagen 1: la nanotecnología se refiere a la manipulación de la materia a escala nano métrica.

Fuente:

http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/8312811/Ciencia-con-Inteligencia_.html

Los científicos definen a la nanotecnología como el estudio del control de la materia a un nivel atómico o molecular. Y si bien puede sonar más a magia que a ciencia, resulta ser exactamente lo que hacen. En la última década los estudios y aplicaciones prácticas en este campo han crecido exponencialmente, así como su uso en ficciones futuristas de cine y televisión, que suelen retratar el tema de forma poco seria o fantástica. Aunque el reino de la nanotecnología todavía esté en pañales, lo cierto es que tanto unos como otros apuntan hacia la promesa de un futuro en el que la humanidad poseerá un control total de todo lo que nos rodea.

Una de las características fundamentales de los seres humanos es su capacidad para desarrollar técnicas que los ayuden a alterar y modificar el medio en el que viven, para adaptarlo a sus necesidades. Esto es lo que conocemos con el nombre de tecnología. Todo lo que construimos, incluidas las herramientas que utilizamos, sirven en mayor o menor medida para cumplir esa función. Las grandes revoluciones tecnológicas, como la industrial iniciada en siglos anteriores, o la reciente en el área de la informática y las telecomunicaciones, siempre han supuesto un cambio radical que afecta nuestras vidas, mejorándolas y haciéndolas más confortables.

Si bien la descripción es simple, la revolución que está en el horizonte posiblemente haga que el impacto que tuvo Internet en nuestras vidas parezca pequeño. Con la habilidad de crear tecnologías que actúen a un nivel atómico, nuestra capacidad para alterar el medio en el que vivimos y adaptarlo a nuestras necesidades se vuelve virtualmente infinita. Llegar al fondo para tocar el cielo.

Hablamos de átomos y de moléculas, los cuales, se sabe, son muy pequeños, pero quizá no quedan en claro los pequeñísimos tamaños a los que nos estamos refiriendo. El umbral de lo que consideramos nanotecnología se encuentra entre 1 y 100 nanómetros (abreviado, nm), que va muchísimo más allá de lo que es capaz de percibir el ojo humano. En términos concretos: 1 metro equivale a 1.000.000.000 (mil millones) de nanómetros; haciendo una comparación, podemos decir que la diferencia entre un metro y un nanómetro es la misma que entre una pelota de golf y la Tierra.

Las cualidades que damos por sentadas en un material a nivel macro –y por extensión, sus interacciones– suelen ser distintas al nivel nano. Materiales que son opacos normalmente se vuelven transparentes a escalas tan pequeñas, o adquieren características llamativas, tales como súper elasticidad o superconductividad. La variación es tal, que se optó por hablar de nanomecánica para diferenciar estos fenómenos. Esto abre literalmente un universo de posibilidades

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donde los investigadores se encuentran con nuevas sorpresas cada vez que observan.

2 DEFINICIÓN

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. Para hacerse una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot, más o menos un nanobot de 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 multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.

La nanotecnología promete soluciones nuevas y más eficientes para los problemas ambientales, así como muchos otros enfrentados por la humanidad. Las nanotecnologías prometen beneficios de todo tipo, desde aplicaciones médicas nuevas o más eficientes a soluciones de problemas ambientales y muchos otros; sin embargo, el concepto de nanotecnología aún no es muy conocido en la sociedad.

Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro (10 ^ (-9) metros). Para comprender el potencial de esta tecnología es clave saber que las propiedades físicas y químicas de la materia cambian a escala nanométrica, lo cual se debe a efectos cuánticos. La conductividad eléctrica, el calor, la resistencia, la elasticidad, la reactividad, entre otras propiedades, se comporta de manera diferente que en los mismos elementos a mayor escala.

Aunque en las investigaciones actuales con frecuencia se hace referencia a la nanotecnología (en forma de motores moleculares, computación cuántica, etcétera), es discutible que la nanotecnología sea una realidad hoy en día. Los progresos actuales pueden calificarse más bien de nanociencia, cuerpo de conocimiento que sienta las bases para el futuro desarrollo de una tecnología basada en la manipulación detallada de las estructuras moleculares.

Figura 2. Nanotecnología

Fuente: http://mexico.cnn.com/salud/2012/01/29/la-nanomedicina-produce-milagros-en-pacientes-con-cancer

3 HISTORIA

El ganador del premio Nobel de Física (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 Abajo hay espacio de sobra (There's Plenty of Room at the Bottom).

Otro hombre de esta área fue Eric Drexler quien predijo que la nanotecnología podría usarse para solucionar muchos de los problemas de la humanidad, pero también podría generar armas poderosísimas. Creador del Foresight Institute y autor de libros como Máquinas de la Creación Engines of Creation muchas de sus predicciones iniciales no se cumplieron, y sus ideas parecen exageradas en la opinion de otros expertos, como Richard Smalley.

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 los encontramos en todos nuestros hogares y que sin ellos no podríamos vivir. Pero hay que decir que este tipo de moléculas se les puede considerar “grandes”...

No fue sino hasta principios de la década de los cincuenta cuando Watson y Crick propusieron que el DNA 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.

Hoy en día la medicina se le da más interés a la investigación en el mundo microscópico ya que en este se encuentran posiblemente las alteraciones estructurales que provocan la enfermedad, y no hay que decir de las ramas de la medicina que han salido mas beneficiadas como es la microbiología. Inmunología, fisiología, en fin casi todas las ramas de la medicina.

Con todos estos avances han surgido también nuevas ciencias como es la ingeniería genética que hoy en día todos han oído escuchar acerca de las repercusiones que puede traer la humanidad como es la clonación o la mejora de especies. Entre estas ciencias también se encuentra otras no muy conocidas como es la nanotecnología, a la cual se le puede definir como aquella que se dedica a la fabricación de la tecnología en miniatura.

La nanotecnología, a diferencia de la ingeniería genética, todavía no está en pasos de desarrollo; Se le puede considerar como “una ciencia teórica” ya que todavía no se le ha llevado a la práctica ya que aún no es viable, pero las repercusiones que acarreara para el futuro son inmensas.

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4 CARACTERÍSTICAS

La característica fundamental de la nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que están altamente especializados. Por tanto, los físicos juegan un importante rol no sólo en la construcción del microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de la mecánica cuántica. Alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de ciertos átomos hacen jugar a la química un papel importante. En medicina, el desarrollo específico dirigido a nanopartículas promete ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades.

Aquí, la ciencia ha alcanzado un punto en el que las fronteras que separan las diferentes disciplinas han empezado a diluirse, y es precisamente por esa razón por la que la nanotecnología también se refiere a ser una tecnología convergente.

TABLA 1: Campos de la nanotecnología.

Fuente: Abrich et. Al, 2004:1-20

Nos hemos centrado aquí en unos pocos productos en los que la nanotecnología es ya una realidad. Sin embargo, las aplicaciones a medio y largo plazo son infinitas.

5 NANOTECNOLOGÍA AVANZADA

Figura 3. 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.

6 Nano-robots

Más lejos quedan, de momento, las máquinas moleculares de reparación que viajarán a través del torrente sanguíneo, con capacidad de actuar sobre el ADN (enfermedades genéticas), modificar proteínas o incluso destruir células completas, en el caso de tumores. Sin embargo, algunos expertos se han atrevido ya a adelantar cómo serán esos futuros nano-robots.

Es el caso de Robert Freitas, investigador del Instituto de Fabricación Molecular de California, que ha creado una especie de glóbulo rojo artificial bautizado como respirocito. Con una sola micra de diámetro, este robot esférico imita la acción de la hemoglobina natural que se encuentra en el interior de los hematíes, aunque con la capacidad de liberar hasta 236 veces más oxígeno por unidad de volumen que un glóbulo rojo natural. Los respirocitos incorporarán sensores químicos, así como sensores de presión. De esta forma estarán preparados para recibir señales acústicas del médico, que utilizará un aparato transmisor de ultrasonidos para darles órdenes con el fin de que modifiquen su comportamiento mientras están en el interior del cuerpo del paciente.

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Figura 4. Simulación de respirocitos y fagocitos.

Freitas ha diseñado también los microbívoros, fagotitos mecánicos concebidos para destruir cualquier microbio de nuestro torrente sanguíneo. Utilizando un protocolo digestivo y de descargas actuarán, según estima su creador, hasta 1000 veces más rápido que las defensas naturales.

7 APLICACIONES.Los nanobots tienen múltiples aplicaciones, como ya se

ha comentado en párrafos anteriores. Ya sea trabajando de forma coordinada para realizar tareas a nivel microscópico, ya sea como avance y apoyo en el ámbito de la medicina, en el de medio ambiente y/o en el de la electrónica.

1.1. APLICACIÓN EN MEDIO AMBIENTE.

Los nanobots en el ámbito del medio ambiente son muy útiles para la filtración del agua y la desalinización, así como también para evitar evitar la contaminación y, a su vez, encargarse de la limpieza del medio ambiente. Además, existen algunos nanobots que, en conjunto con las nanopartículas y los nanosensores, pueden ayudar a conservar los alimentos.

1.2. APLICACIÓN EN MEDICINA.

Por su tamaño son muy útiles para entrar en el cuerpo humano con mayor facilidad y realizar múltiples tareas, ya sea combatiendo células cancerosas o reemplazando neuronas afectadas que se pueden tener cuando con enfermedades como el Parkinson y el Alzheimer. Estos nanobots y nanomáquinas pueden curar el cuerpo humano de diversos males y enfermedades, por lo que la nanomedicina puede aplicarse en:

Curar enfermedades de la piel usando los nanobots en cremas y compuestos, pudiendo así estos eliminar grasa excesiva, piel muerta o también para realizar una limpieza de poros.Dental Nanorobots IIa

Para la higiene bucodental, como enjuague bucal hasta cepillos de dientes, pudiendo estos contener nanorobots que identifiquen y combatan las caries, sarro o la placa y partículas de alimentos pudiendo extraerlos y poder expulsarlos de los dientes.

Nanodispositivos médicos que trabajen en el sistema inmunológico buscando y combatiendo virus y bacterias presentes no deseados.

Un ejemplo de la importancia de esta tecnología puntera es un nanorobot de ADN creado en la Universidad de Harvard , que ordena a las células cancerosas que se autodestruyan. Es un nanorobot hecho de material genético, capaz de llevar moléculas y otras sustancias a las células que lo requieran. Además, podría ser programable para la búsqueda y reconocimiento en diferentes superficies de las células.

1.3. APLICACIONES MILITARES.

La militarización de la nanotecnología es una aplicación potencial. Mientras los nano materiales avanzados obviamente tienen aplicaciones para la mejora de armas existentes y el hardware militar a través de nuevas propiedades (tales como la relación fuerza-peso o modificar la reflexión de la radiación, por medio de cambios térmicos moleculares para aplicaciones sigilosas), y la electrónica molecular podría ser usada para construir sistemas informáticos muy útiles para misiles, no hay ninguna manera obvia de que alguna de las formas que se tienen en la actualidad o en un futuro próximo puedan ser militarizadas más allá de lo que lo hacen otras tecnologías como la ingeniería genética.

1.4. NANOTECNOLOGÍA Y CÁNCER

La organización estadounidense, National Nanotechnology Initiative (Iniciativa Nacional sobre Nanotecnologia), acaba de publicar un librito titulado: Cáncer Nanotechnology, Going Small for Big Advances. Using Nanotechnology to Advance Cancer Diagnosis, Prevention and Treatment (Nanotecnología y Cancer, Disminuir para lograr Grandes Avances. Aplicación de la Nanotecnología para mejorar el Diagnostico, la Prevención y el Tratamiento del Cáncer).

El objetivo del Instituto Nacional de Cáncer de los Estados Unidos es utilizar la nanotecnología (sin duda uno de los avances tecnológicos claves de nuestros tiempos), para eliminar antes de 2015 las muertes y el sufrimiento causados por el cáncer. En este sentido las investigaciones actuales se centran en cómo utilizar la nanotecnología para cambiar de forma radical la capacidad de la medicina para diagnosticar, comprender y tratar el cáncer.

Investigaciones ya realizadas han logrado desarrollar nano-aparatos capaces de detectar un cáncer en la fase muy preliminar, localizarlo con extrema precisión, proporcionar tratamientos específicamente dirigidos a las células malignas y medir la eficacia de dichos tratamientos en la eliminación de las células malignas. Pero las investigaciones continúan, y tal es el alcance de los últimos avances tecnológicos en este campo, que expertos creen que la nanotecnología transformara las propias bases del diagnostico, tratamiento y prevención de esta enfermedad mortal.

Gracias a otro gran proyecto, el Human Genome Project (Proyecto Genoma Humana) los científicos saben cada vez más sobre el desarrollo del cáncer, lo que a su vez crea nuevas posibilidades para atacar la base molecular de esta enfermedad. No obstante, hasta ahora los investigadores no disponían de las innovaciones tecnológicas necesarias para convertir importantes hallazgos moleculares en beneficios directos para enfermos de cáncer. Es aquí donde la

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nanotecnología puede asumir un papel clave, a través del desarrollo de avances tecnológicos y herramientas capaces de transformar la capacidad diagnostica, terapéutica y preventiva de la medicina actual.

8 CONCLUSIONES

En la actualidad la tecnología es indispensable para realizar diferentes aplicaciones como la que se realiza en la nanotecnología, usando los denominados nanobots, estos robots a escala microscópica son de mucha importancia ya que ayudan a solucionar problemas tan pequeños que el ojo humano no puede percibir con facilidad.

Aunque algunos de estos nanobots son solo prototipos, se espera que a largo plazo se puedan usar como herramienta para curar enfermedades para las que, hasta el día de hoy, no se ha podido encontrar la cura. Con la ayuda de estos robots se podrían combatir las células enfermas que producen estas enfermedades y hacer que se autodestruyan. Además de la aplicación de los nanobots en la medicina estos se pueden aplicar en otros medios como en el medio ambiente, lo cual podrían ser de gran ayuda para poder controlar el impacto ambiental. Otra alternativa que sería de gran ayuda para las personas es el uso de los mismos en la salud, ya sea para la higiene personal como para la alimentación ya que existen nanobots que son capaces de mantener los alimentos en buen estado.

Los nanobots son de gran ayuda en la humanidad ya sea conservando nuestros alimentos hasta curando las células cancerosas del cuerpo. Sea cual sea la aplicación que se les sepa dar a los mismos, en los próximos años estos robots microscópicos van a ser una herramienta muy útil para la sociedad y estarán presentes en nuestra vida diaria.

9 RECOMNACIONESSe debería apostar mayor esfuerzo en el hecho de pasar la etapa de proyecto de iniciativas para la manipulación de ADN que ayuden en el tratamiento como el cansar y pensando a mayor escala el VIH/SIDA.

Aprovechar las abundantes oportunidades que brinda en varios campos como la ayuda para cuidar el medio ambiente como por ejemplo a contención de derrames petroleros en zonas de gran impacto.

A pesar que toda la tecnología en sus inicios se desarrollaron como aplicaciones militares para posteriormente ser cedidas al desarrollo de la comunidad en general se deberá evitar que se desarrollen armas de contención o destrucción masiva que involocren nanotecnología.

10 REFERENCIAS

[1] http://www.portalciencia.net/nanotecno/ [2] http://images.google.com.ec/images?

hl=es&um=1&sa=1&q=Louis+Pasteur&btnG=Buscar&aq=f&oq=&start=0

[3] http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/aplicaciones_nanotecnologia/nanotecnologia_aplicaciones.htm

[4] http://urbanres.blogspot.com/2009/01/nanotecnologia-definicion-y.html

[5] http://images.google.com.ec/images?gbv=2&hl=es&sa=1&q=nanotecnologia+Avanzada&btnG=Buscar&aq=f&oq=&start=0

[6] http://www.redusers.com/nanotecnologia

[7] http://nextwave.universia.net/salidas-profesionales/nano/index.htm

[8] http://avances-tecnologicos.euroresidentes.com/2004/06/nanotecnologia-y-cancer.html

[9] http://www.portalciencia.net/nanotecno/nanomedicina.html

[10] http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/ nanotecnologia_responsable/nanotecnologia_beneficios_medicina.htm; Euroresidentes | Nanotecnología Ityis Siglo XXI España, Spain

[11] http://www.scientificamerican.com/espanol/noticias/nanorrobots-la-promesa-de-la-medicina-del-futuro/

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