ULTIMOS AVANCES DE LA NANOTECNOLOGÍA
Poder escribir en un ordenador cuyo procesador ocupe unos pocos milímetros cuadrados y tenga una capacidad mil veces superior a los actuales será una realidad en un futuro muy próximo. Esto será posible gracias a la Nanotecnología, una nueva ciencia nacida hace una década. Los últimos avances en materiales moleculares, que son la base para construir esta ciencia, se expondrán en la Escuela de Materiales Moleculares, organizada por la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), que se celebrará del 21 al 28 en La Azohía. En este evento participarán medio centenar de científicos de Estados Unidos, Italia y España.
La Escuela de Materiales Moleculares, organizada por el Centro de Electroquímica y Materiales Inteligentes (CEMI) de la UPCT, presentará a la comunidad internacional cómo se sintetizan las nuevas moléculas, cómo se estudian sus propiedades y cómo se fabrican a partir de ellas los nuevos aparatos, según explica el organizador, el catedrático de Química-Física, Toribio Fernández Otero.
Los nuevos aparatos
Entre los temas que se estudiarán en la Escuela se encuentran nuevos materiales plásticos capaces de imitar a los dispositivos y funciones de los seres vivos. Entre ellos, los músculos moleculares, lenguas y narices electrónicas capaces de diferenciar vinos producidos por el mismo tipo de cepa en dos poblaciones vecinas o aceites vírgenes procedentes de campos diferentes.
También se presentará la fabricación de rayos láseres moleculares para aplicaciones médicas, la fabricación de nuevos tipos de pantallas planas y flexibles, de tal manera que podemos llevar en una camisa o en un vestido una pantalla de televisión o de ordenador.
Fernández Otero indica que se mostrará a los participantes cómo fabricar vestidos inteligentes, capaces de integrar sensores y actuadores que nos indiquen en todo momento nuestro estado de salud en relación con la contaminación ambiental o la temperatura o humedad.
También se hablará de nuevas moléculas magnéticas capaces de almacenar información como lo hacen hoy las cintas magnetofónicas o los DVD pero con una densidad de información almacenada millones de veces superior. Fernández Otero señala que se tratarán temas relacionados con sensores para alimentos, como envases inteligentes que muestran su estado y evitan poner la fecha de caducidad.
En esta Escuela se darán cita científicos y tecnólogos de relevancia internacional como Manuel Márquez, director de Nanotecnologías del centro de investigación de la multinacional de la alimentación Kraft en Chicago; el profesor De Rossi, de la Universidad de Pisa (Italia), que es el más activo ingeniero a nivel mundial en el desarrollo de robots cuyas facciones son capaces de reproducir la cara del ser humano a base de materiales biomiméticos.
La Escuela de Materiales Moleculares, organizada por el Centro de Electroquímica y Materiales Inteligentes (CEMI) de la UPCT, presentará a la comunidad internacional cómo se sintetizan las nuevas moléculas, cómo se estudian sus propiedades y cómo se fabrican a partir de ellas los nuevos aparatos, según explica el organizador, el catedrático de Química-Física, Toribio Fernández Otero.
Los nuevos aparatos
Entre los temas que se estudiarán en la Escuela se encuentran nuevos materiales plásticos capaces de imitar a los dispositivos y funciones de los seres vivos. Entre ellos, los músculos moleculares, lenguas y narices electrónicas capaces de diferenciar vinos producidos por el mismo tipo de cepa en dos poblaciones vecinas o aceites vírgenes procedentes de campos diferentes.
También se presentará la fabricación de rayos láseres moleculares para aplicaciones médicas, la fabricación de nuevos tipos de pantallas planas y flexibles, de tal manera que podemos llevar en una camisa o en un vestido una pantalla de televisión o de ordenador.
Fernández Otero indica que se mostrará a los participantes cómo fabricar vestidos inteligentes, capaces de integrar sensores y actuadores que nos indiquen en todo momento nuestro estado de salud en relación con la contaminación ambiental o la temperatura o humedad.
También se hablará de nuevas moléculas magnéticas capaces de almacenar información como lo hacen hoy las cintas magnetofónicas o los DVD pero con una densidad de información almacenada millones de veces superior. Fernández Otero señala que se tratarán temas relacionados con sensores para alimentos, como envases inteligentes que muestran su estado y evitan poner la fecha de caducidad.
En esta Escuela se darán cita científicos y tecnólogos de relevancia internacional como Manuel Márquez, director de Nanotecnologías del centro de investigación de la multinacional de la alimentación Kraft en Chicago; el profesor De Rossi, de la Universidad de Pisa (Italia), que es el más activo ingeniero a nivel mundial en el desarrollo de robots cuyas facciones son capaces de reproducir la cara del ser humano a base de materiales biomiméticos.
NANOTECNOLOGÍA EN LA MEDICINA
Los entusiastas de la nanotecnología tienen grandes esperanzas en que esta traerá nuevos tratamientos de gran efectividad contra las enfermedades. La razón es simple: la nanotecnología opera a la misma escala que la biología. Una molécula de ADN tiene una anchura de unos 2.5nm , y una proteína como la hemoglobina tiene un diámetro de unos 5 nm. Las células humanas son mucho mas grandes, del orden de entre 10 y 20 micras, lo que significa que los materiales y dispositivos nanométricos pueden entrar fácilmente en la mayoría de las células, e incluso sin activar ninguna respuesta inmunitaria. La esperanza es que las partículas, materiales y dispositivos nanométricos puedan ser diseñados para interaccionar con los materiales biológicos de una manera más directa, eficiente e incluso precisa. Y debido a su pequeño tamaño, serán capaces de acceder a áreas del cuerpo, tales como el cerebro y células individuales, a las cuales ha sido difícil acceder con las tecnologías actuales.
Por ejemplo, el National Cancer Institute en Estados Unidos dice sobre las promesas de la nanotecnología: Sacceder al interior de las células vivas ofrece la oportunidad de avances sin precedentes en los campos tanto clínico como de investigación. Poder insertar sondas nanométricas dentro de células individuales avanzará el conocimiento sobre las formas complejas en que la célula opera y permitirá la rápida detección de células aberrantes que dan lugar a la enfermedad.
Algunos futuros desarrollos incluyen:
-Nanosensores circulando por el torrente sanguineo para controlar el nivel de colesterol, glucosa y otras hormonas.
-Nanoestructuras de oro que apunten a células cancerígenas. Una vez localizadas, pueden ser destruidas mediante láser no invasivo.
-Nanopartículas inteligentes que buscan una localización específica en el cuerpo humano y después liberan la medicina al objetivo preciso.
-Puntos cuánticos luminiscentes que puedan reconocer selectivamente una determinada proteína en una célula viva.
-Nanopartículas de plata que maten bacterias resistentes a los antibióticos.
-Andamios nanoestructurales 3D para crecer tejidos y órganos humanos.
Además, algunos materiales nanométricos para aplicaciones en biomedicina exhibirán propiedades inusuales que pueden incrementar su funcionalidad. Particulas que son más pequeñas de unos 100 nm se pueden comportar de manera diferente a partículas más grandes de la misma substancia. Pueden tener diferente resistencia, color, elasticidad, toxicidad, conductividad eléctrica, una mayor reactividad etc. Estas propiedades estructurales, ópticas y eléctricas únicas en la escala nanométrica se deben a efectos cuánticos. Además, las propiedades cuánticas cambian también dentro del a escala nanométrica, por ejemplo, algunas nanopartículas de oro son reactivas, y otras diferentes son inertes, por lo que también influye la forma. Es posible que nanopartículas esféricas de 20 nm de una determinada substancia sean inocuas para las células, y que otras nanopartículas de 60 nm de la misma substancia con forma de hilos sean toxicas para esas células.
La nanotecnología ya ha cambiado la forma en que algunas medicinas son formuladas, y en ciertos casos, reformuladas. Cuando un componente farmacéutico es formulado como una nanopartícula, su nivel de biodisponibilidad aumenta, es decir, el cuerpo puede absorber ese componente más rápida y fácilmente, y de este modo, utilizarlo con mayor efectividad. Como ejemplo, algunas de las múltiples medicinas y/o recursos ya aprobadas por la FDA son:
-Abraxane®: nanopartículas que contienen paclitaxel usadas para aumentar la cantidad de medicina anticancer disponible para matar células de cáncer de mama.
-Doxil®: sistema de dosificación nanoestructural basado en liposomas recubiertos de polímeros para el tratamiento del cáncer de ovarios.
-Emend®: versión con partículas nanométricas del fármaco Aprepitant® (con el fin de aumentar su nivel de disponibilidad) para prevenir nauseas en pacientes enfermos de cáncer sometidos a quimioterapia.
-Silcryst®: nanopartículas de plata incorporadas en vendas debido a sus propiedades antimicrobióticas.
-Silvagard®: catéter recubierto de nanopartículas de plata antimicrobióticas para uso en el interior del cuerpo humano.
Por último, cabe mencionar que, al mismo tiempo que la nanomedicina es y puede ser beneficiosa, hay muchas preguntas sin contestar acerca del impacto de esta tecnología en la salud y en el medio ambiente. Algunos nanoproductos podrían entrar en el cuerpo de forma no deseada a través del medio ambiente y/o la cadena alimenticia y provocar enfermedades. Todavía nadie está seguro de cómo distinguir entre nanoproductos benignos y peligrosos, y el naciente campo de la nanotoxicología esta inundado de incertidumbre.
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.
LA NANOMEDICINA MEJORARÁ EL DIAGNÓSTICO PRECOZ Y LA EFICACIA DE LAS TERAPIAS CONTRA EL CÁNCER Y OTRAS ENFERMEDADES CRÓNICAS Y DEGENERATIVAS
Un diagnóstico en etapas mucho más tempranas, nuevas herramientas diagnósticas y una mejora significativa en el tratamiento de enfermedades de gran impacto sanitario como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares y la neurodegenerativas, son los beneficios más inmediatos que los expertos auguran a la aplicación de la nanomedicina según se ha expuesto hoy en la jornada dedicada a esta multidisciplina que ha sido presentada por Francisco Gracia, Director del Instituto de Salud Carlos III
En la jornada se ha dado a conocer el informe sobre la “Visión Estratégica de la NanoMedicina en España” que ha sido elaborado por la Plataforma Española de Nanomedicinas, una iniciativa que pretende aglutinar a los principales actores españoles en esta área: los organismos públicos de investigación, los centros tecnológicos, la academia, el Sistema Nacional de Salud y la industria, con el fin de impulsar una estrategia común en un campo tan multidisciplinar como es la nanomedicina.
Más de 70 organismos entre empresas, centros de investigación, centros tecnológicos, hospitales y representantes de la Administración Pública son miembros de la Plataforma. Por su parte, el Instituto de Salud Carlos III colabora con la misma con la finalidad de difundir y promocionar el desarrollo de esta área de investigación biomédica, así como de acercarla a los centros del Sistema Nacional de Salud y a sus futuros beneficiarios: los pacientes.
La Nanomedicina es un ámbito de investigación científico y tecnológico interdisciplinar que pretende, mediante el desarrollo y la aplicación de la nanotecnología, mejorar el diagnóstico, tratamiento y prevención de enfermedades y lesiones traumáticas, así como preservar y mejorar la calidad de vida de los ciudadanos.
La Nanomedicina engloba todas las prácticas médicas, incluyendo la prevención, el diagnóstico y la terapia, que requieren tecnologías basadas en interacciones entre el cuerpo humano y materiales, estructuras o dispositivos cuyas propiedades se definen a escala nanométrica, es decir, lo correspondiente a una milmillonésima parte de un metro. Se estima que las aplicaciones médicas de la nanotecnología permitirán curar enfermedades desde dentro del organismo y actuando a nivel celular o molecular.
El Instituto de Salud Carlos III sitúa la nanomedicina entre sus nuevas líneas de investigación biomédica, habilitando los recursos necesarios para ponerla en marcha dentro de su propia oferta investigadora. La apertura de esta nueva línea de investigación en nanomedicinas se cubrirá mediante oferta de empleo que acaba de hacerse pública. Por otro lado, se ha incluido esta área de investigación en los CIBER, centrando uno de ellos en el área de bioengienería, biomateriales y nanomedicinas. Este CIBER concentra a los grupos que han demostrado excelencia investigadora en el proceso de selección/evaluación. Cuenta con una financiación en torno a los 6 millones de euros y en él se integran un total de 31 grupos de investigadores.
Nanomedicina
Se trata de una de las vertientes más prometedoras dentro de los potenciales nuevos avances tecnológicos en la medicina. Podríamos aventurar una definición situándola como rama de la nanotecnología que permitiría la posibilidad de curar enfermedades desde dentro del cuerpo y al nivel celular o molecular. Se considera que determinados campos pueden ser objeto de una autentica revolución, especialmente: monitorización, reparación detejidos, control de la evolución de las enfermedades, defensa y mejora de los sistema biológicos humanos, diagnóstico, tratamiento y prevención, alivio del dolor, prevención de la salud, administración de medicamentos a las células, etc.
Todos ellos constituirían nuevos avances tecnológicos en la medicina que la posicionarían en una nueva era científica y asistencial.
Dentro de los avances científicos más significativos se encuentran biosensores, nuevas formas de administrar medicamentos, más directas y eficaces y el desarrollo de nuevos materiales para injertos, entre otras.
Beneficios De La Nanotecnologia
Beneficios De La Nanotecnologia
- La escasez de agua es un problema serio y creciente. La mayor parte del consumo del agua se utiliza en los sistemas de producción y agricultura, algo que la fabricación de productos mediante la fabricación molecular podría transformar.
- Las enfermedades infecciosas causan problemas en muchas partes del mundo. Productos sencillos como tubos, filtros y redes de mosquitos podrían reducir este problema.
- La información y la comunicación son herramientas útiles, pero en muchos casos ni siquiera existen. Con la nanotecnología, los ordenadores serían extremadamente baratos.
- Muchos sitios todavía carecen de energía eléctrica. Pero la construcción eficiente y barata de estructuras ligeras y fuertes, equipos eléctricos y aparatos para almacener la energía permitirían el uso de energía termal solar como fuente primaria y abundante de energía.
- El desgaste medioambiental es un serio problema en todo el mundo. Nuevos productos tecnológocos permitirían que las personas viviesen con un impacto medioambiental mucho menor.
- Muchas zonas del mundo no pueden montar de forma rápida una infraestructura de fabricación a nivel de los países más desarrollados. La fabricación molecular puede ser auto-contenida y limpia: una sola caja o una sola maleta podría contener todo lo necesario para llevar a cabo la revolución industrial a nivel de pueblo.
- La nanotecnológica molecular podría fabricar equipos baratos y avanzados para la investigación médica y la sanidad, haciendo mucho mayor la disponibilidad de medicinas más avanzados.Muchos problemas sociales se derivan de la pobreza material, los problemas sanitarios y de la ignorancia. La nanotecnología molecular podrían contribuir a reducir en grandes medidas a todos estos problemas y al sufrimiento humano asociado con ellos
Aplicaciones Medicas De La Nanotecnologia
Asunto: Las aplicaciones médicas de las tecnologías nanoescalares tienen el potencial de revolucionar el cuidado de la salud al brindar poderosas herramientas para diagnosticar y tratar las enfermedades desde un nivel molecular. Sin embargo, el celo actual en pos de tratamientos potenciados a nivel nanométrico puede desviar los escasos fondos destinados a investigación y el desarrollo de la medicina y a servicios esenciales de salud, disminuyendo los recursos directos destinados a los aspectos no médicos de la salud y el bienestar comunitarios. Aunque se proclama que la medicina nanológica es una solución a las urgentes necesidades de salud en el Sur global, en realidad surge del Norte y la diseñan primordialmente para los mercados ricos. El fin último de que la industria farmacéutica utilice tecnologías nanoescalares es hacer que todas las personas se vuelvan pacientes y que todo paciente sea un cliente que pague por "medicar" sus afecciones sociales con drogas y dispositivos que mejoren el desempeño humano (HyPE, por sus siglas en inglés). Los HyPE habilitados nanológicamente podrían conducir a una era con dos niveles de humanos -el Homo sapiens y el Homo sapiens 2.0.
Mercado: Ya a mediados de 2006, se encontraban en etapa de desarrollo preclínico, clínico o comercial 130 fármacos y sistemas de suministro, además de 125 dispositivos o reactivos de diagnóstico, todos ellos con base nanotecnológica. El mercado combinado de la medicina habilitada nanológicamente (suministro de fármacos, terapia y diagnóstico) brincará de un poco más de mil millones de dólares en 2005 a casi 10 mil millones en 2010. La Fundación Nacional de la Ciencia estadunidense (NSF, por sus siglas en inglés) predice que para el año 2015 la nanotecnología será responsable de la mitad de los productos de línea en la industria farmacéutica. La medicina nanológica ayudará a los grandes consorcios farmacéuticos a prolongar la vigencia de las patentes de monopolio exclusivo con que cubren compuestos existentes y otros fármacos, más viejos, menos complejos. Los analistas sugieren que la medicina habilitada nanotecnológicamente aumentará el margen de lucro y desalentará la competencia.
Impacto: La medicina nanológica puede tener su mayor impacto en el ámbito del "mejoramiento del desempeño humano" (conocido como HyPE). En combinación con otras nuevas tecnologías, la medicina nanológica -en teoría- hará posible alterar la estructura, la función y las capacidades de los cuerpos y los cerebros humanos. En el futuro cercano, las tecnologías HyPE, habilitadas nanológicamente, borrarán las distinciones entre "terapia" y "refinamiento, realce, mejoramiento" y podrían cambiar, muy literalmente, la definición de lo que significa estar sanos o ser humanos.
El cotejo de la realidad: Lo irónico es que permanecen abiertas algunas cuestiones cruciales acerca de los impactos ambientales y de salud de los materiales nanoscópicos que se utilizan para desarrollar medicamentos nanológicos. El naciente campo de la "nanotoxicología" está teñido de incertidumbre. Pese a que ya se comercializan algunos productos nanoescalares (incluidos medicamentos nanológicos), ningún gobierno en el mundo ha desarrollado regulaciones que respondan a los aspectos básicos de una seguridad nanoescalar.
Políticas: ¿Realmente pueden los donantes de la Organización de Cooperación para el Desarrollo Económico (OCDE) -que no pudieron proporcionar los mosquiteros necesarios a los países asolados por la malaria, o que entregaron un solo condón por adulto al año para combatir el VIH/SIDA en el Sur global-, alegar que las grandes inversiones en los nuevos nano remedios rendirán frutos en los países pobres? A los gobiernos del mundo les urge una amplia evaluación participativa de los riesgos sociales y científicos, éticos, culturales, socioeconómicos y ambientales de la medicina nanológica. Mantener el paso del cambio tecnológico requiere un marco de trabajo intergubernamental que inspeccione y valore la introducción de nuevas tecnologías. En su próxima reunión de 2007, la Asamblea Mundial de la Salud deberá emprender un análisis exhaustivo de la nanomedicina que contemple un contexto de salud social más amplio.
Principales Aplicaciones De La Nanotecnologia
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. Los campos que están experimentando contínuos avances son:
- Energias alternativas, energía del hidrógeno, pilas (células) de combustible, dispositivos de ahorro energético.
- Administración de medicamentos, especialmente para combatir el cáncer y otras enfermedades.
- Computación cuántica, semiconductores, nuevos chips.
- Seguridad. Microsensores de altas prestaciones. Industria militar.
-Aplicaciones industriales muy diversas: tejidos, deportes, materiales, automóviles, cosméticos, pinturas, construcción, envasados alimentos, pantallas planas...
- Contaminación medioambiental.
- Prestaciones aeroespacioles: nuevos materiales, etc.
- Fabricación molecular.
Avances Recientes De La Nanomedicina
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. Los campos que están experimentando contínuos avances son:
- Energias alternativas, energía del hidrógeno, pilas (células) de combustible, dispositivos de ahorro energético.
- Administración de medicamentos, especialmente para combatir el cáncer y otras enfermedades.
- Computación cuántica, semiconductores, nuevos chips.
- Seguridad. Microsensores de altas prestaciones. Industria militar.
-Aplicaciones industriales muy diversas: tejidos, deportes, materiales, automóviles, cosméticos, pinturas, construcción, envasados alimentos, pantallas planas...
- Contaminación medioambiental.
- Prestaciones aeroespacioles: nuevos materiales, etc.
- Fabricación molecular.
El perfeccionamiento instrumental permite al científico ampliar su campo de investigación hacia lo más grande y hacia lo más pequeño, con descubrimientos que si bien no consiguen disminuir la inquietud que produce en nuestra racionalidad la complejidad del mundo del que formamos parte, ofrecen algo de consuelo porque creemos entenderlo un poco mejor.
Entre los trabajos de investigación de máximo atractivo, hay que situar la nanobiología y, específicamente, el estudio de los quasi-virus. Como el lector con seguridad conoce, los virus son conjuntos de proteinas y lípidos en torno a un núcleo con información genética. Los quasi-virus carecen de esa información (al menos, que sepamos).
En la Jornada dedicada a los quasi-virus, organizada por la Fundación Ramón Areces el 21 de noviembre de 2009, se habló mucho de los quasi-virus. El acto se programaba también como un homenaje a Charles Darwing, que en 1859 pudo ver publicado On the Origin of Species.
Darwing no incorporó los microbios a su teoría de la evolución. Los virus no fueron descubiertos hasta 1898 por Loefller y Frosch, que investigaron el virus de la fiebre aftosa.
El profesor Esteban Domingo, director del Centro Severo Ochoa, recordó en su disertación que en 1 ml de agua hay del orden de 10 elevado a 8 partículas virales, y que en la biosfera se presentan 10 veces más virus que células (entre 10 elevado a 31 y 10 elevado a 32). Vivimos en un escenario de virus, sometido a permanentes mutaciones, algunas de las cuales -las negativas- provocan su extinción.
Los virus son el enlace necesario entre los principios darwinianos de la evolución y la teoría de la información genética, desarrollada por Eigen, Wilke, Saakian y otros científicos.
Nanociencia
La nanociencia es el estudio de los sistemas cuyo tamaño es de unos pocos (10-100) nanometros. Un nanómetro (nm) es 10 -9 metros, alrededor de 10 átomos de hidrógeno. Unleucocito tiene alrededor de 100.000 nm de diámetro. La nanociencia trata de comprender qué pasa a estas escalas, y la nanotecnología busca manipularlo y controlarlo. Lo que lleva a que la nanotecnologia sea un gran avance en diversos campos de la ciencias.
La Nanociencia es un área emergente de la ciencia que se ocupa del estudio de los materiales de muy pequeñas dimensiones.
No puede denominarse química, física o biología dado que los científicos de este campo están estudiando un campo dimensional muy pequeño para una mejor comprensión del mundo que nos rodea.
El significado de la "nano" es una dimensión: 10 elevado a -9
Nanohilos
Un nanohilo (nanowire en inglés) es un alambre con un diámetro del orden de un nanómetro (10-9 metros). Alternativamente, los nanohilos pueden ser definidos como estructuras que tienen un tamaño lateral restringido a diez o menos nanómetros y de una longitud libre. A estas escalas, los efectos de la mecánica cuántica son importantes - por lo tanto estos alambres, también son conocidos como "hilos cuánticos" (quantum wires). En general, esto tiene como consecuencia dinámicas electrónicas o de espín complicadas, que aún son objeto de investigación teórica.1
Existen muchos tipos diferentes de nanohilos, incluyendo hilos metálicos (ej., Ni, Pt, au), semiconductores (ej., Si, InP, GaN, etc.), y aisladores (ej., SiO2,TiO2). Los nanohilos moleculares están compuestos de unidades de moleculares repetitivas ya sean orgánicas (ej. ADN) o inorgánicas (ej. Mo6S9-xIx).
Se ha especulado con el uso de nanohilos para ligar minúsculos componentes en circuitos extremadamente pequeños. Usando la nanotecnología, tales componentes pueden ser creados a partir de compuestos químicos.
Nanorrobótica
La nanorrobótica es la fabricación de máquinas, o robots, de dimensiones nanométricas. De una forma más específica, la nanorrobótica se refiere a la ingeniería nanotecnológica del diseño y construcción de robots, se postula como la tecnología del futuro y la que tendrá diferentes usos en la ciencia, entre los más importantes por ejemplo en la medicina, informática y peligrosamente en materias militares o bélicas. Otra definición, usada algunas veces, es la de una máquina capaz de operar de forma precisa con objetos de escala nanométrica; aunque en los últimos tiempos se han desarrollado algunos prototipos no tan eficientes en Japón que no son totalmente robóticos, sino que tienen partes biológicas constituidas por bacterias
Nanobot
También llamado algunas veces nanoagente (nanoagent), hace referencia a una imaginaria máquina o "robot nano" de una escala de pocos centenares de nanómetros construido para tareas específicas.
En la obra Engines of Creation, Drexler visiona nanobots capaces de destruir células cancerígenas, recoger radicales o reparar el daño sufrido en los tejidos celulares.
EL prototipo de modelos para la mayoría de estos conceptos (más bien futuristas) son células específicas (ejemplo fagocitos que ingieren materia externa) y maquinarias moleculares celulares (proceso de autoreproducción del DNA).
Los nanobots tendrían conceptualmente la capacidad de autoreplicarse así mismos). Ver en el Diccionario de Nanotecnología los términos relacionados: Assembler, Fabricación molecular, Máquinas de ensamblaje yLitografía Nano-impresión (Nanoimprint Lithography).
Nanoestructuras Biológicas
Ingenieros de la Universidad de Michigan desarrollan el cultivo de nanotubos de carbono de formas tridimensionales, como espirales, anillos dentro de anillos y pétalos curveados, que podrían usarse para el estudio del crecimiento de las células y la ingeniería de tejidos.
De acuerdo con los adelantos de la investigación en curso, que se publican en la revista Advanced Materials, esas formas nanoestructuradas, difíciles de construir con técnicas convencionales, podrían resultar en materiales nuevos que controlen la condensación o repelan el polvo.
Nanoalimentos
Organizado por el Centro Español de Plásticos (CEP) y por la Sociedad de Ingenieros Plásticos (SPI), el I Seminario Nanopack ha reunido a un nutrido grupo de profesionales del packaging, deseosos de conocer cómo la nanotecnología puede contribuir a conseguir unos mejores envases plásticos alimentarios.
Precisamente el presidente del CEP, José Luis Rodríguez, en la presentación del evento, ha hablado del envase como principal sector consumidor de plásticos (consume el 50% del total español) y de la nanotecnología como clave para la seguridad alimentaria y para el ahorro en el sector del envase, así como dinamizador de la I+D+i en el sector del plástico.
José María Lagaron, de la empresa NanoBioMatters ha explicado cómo sus nanoarcillas cerámicas, utilizadas como aditivos pueden incluirse en la matriz polimérica para dar lugar a masterbatches con un mayor efecto barrera para aplicaciones de envases. Con los envases de alta barrera, fabricados fundamentalmente con EVOH, el objetivo no es otro que el de alargar la vida útil del producto envasado.
Lagaron ha puesto el ejemplo del producto desarrollado por NanoBioMatters y licenciado a la firma japonesa Nippon Goshei, Soarnol NC7003. Se trata de un producto a base de compuestos de EVOH con un elevado efecto barrera, apto para uso alimentario, que no afecta a las propiedades mecánicas del envase, transparente, que protege incluso de la luz ultravioleta y que presentaun mejor comportamiento frente a la humedad.
Por su parte, Antonio Vicente, de la Universidad do Minho (Portugal) ha expuesto sus trabajos en la investigación de nanorecubrimientos multicapa de base biopolimérica para aumentar las propiedades de alimentos frescos.
Los resultados demuestran que unos mangos envueltos en un film compuesto por cinconanocapas mantenían perdían casi la mitad de peso al cabo de 42 días que lo que no estaban envueltos y que retrasaban igualmente su maduración.
Lorenzo Pastrana, de la Universidad de Vigo, ha explicado cómo la inclusión de conservantes en los envases plásticos (en forma de geles termosensibles, en lugar de directamente en los alimentos, y la programación de su activación en función de la temperatura a que estos estén sometidos, alarga su durabilidad sin afectar a las propiedades de los mismos y abre las puertas al desarrollo de los envases activos e inteligentes.
Nanoproductos
Estos productos se incorporan a la superficie a proteger
a nivel molecular, de modo que su durabilidad y funcionamiento no tienen
comparación con ningún producto similar conocido.
Nanomateriales
Los nanomateriales son
materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que un micrómetro en
al menos una dimensión.1 A
pesar del hecho de que no hay consenso sobre el tamaño mínimo o máximo de un
nanomaterial, algunos autores restringen su tamaño de 1 a 100 nm, una
definición lógica situaría la nanoescala entre la microescala (1 micrómetro) y
la escala atómica/molecular (alrededor de 0.2 nanómetros).
.
NANOCOMPUTADOR CON MOLÉCULAS ADN
Científicos de
Israel reportan haber construido un computador basado en ADN tan
pequeño que 10e12 de estos dispositivos caben en un tubo de ensayo, realizando
10e9 operaciones por segundo, con una precisión de 99.8%.
De acuerdo con los investigadores, este sería el primer nanocomputador autónomo programable en el que las entradas, las salidas, el hardware y el software están hechos con moléculas de ADN.
Los datos está representados por moléculas en una cinta de ADN y algunas enzimas se encargan de leer, copiar y manipular el código, transformando la molécula de entrada en una nueva molécula de salida. Junto con su alta densidad, el computador de ADN requiere de muy poca energía.
De acuerdo con los investigadores, este sería el primer nanocomputador autónomo programable en el que las entradas, las salidas, el hardware y el software están hechos con moléculas de ADN.
Los datos está representados por moléculas en una cinta de ADN y algunas enzimas se encargan de leer, copiar y manipular el código, transformando la molécula de entrada en una nueva molécula de salida. Junto con su alta densidad, el computador de ADN requiere de muy poca energía.
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.
El 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
deconsumo energético 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.
Nanomáquina
Una nanomáquina es un mecanismo cuya talla se expresa
en nanómetros, siendo un nanómetro la
milésima parte de un micrómetro o la millonésima parte de un milímetro, y capaz de interactuar con los
objetos accesibles a esa escala. Aunque el término también designa cualquier
maquinaria microscópica. El dominio de estudio de las nanomáquinas es la nanotecnología.
Existen
quienes creen que será posible en el futuro construir nanomáquinas capaces de
manipular objetos en la escala molecular, de tal modo que sea posible construir
moléculas sobre pedido, tal idea se le llama nanotecnología
molecular.
Aunque
ya existen mecanismos y métodos capaces de construir ingenios de talla
microscópica (incluso atómica), la idea de una máquina microscópica capaz de
ensamblar moléculas sobre pedido es todavía una simple especulación.
La
escala en que son utilizadas las nanomáquinas provoca que éstas se elaboren con
métodos particulares, y que funcionen con principios fundamentalmente
diferentes de la tecnología en la micro y mesoescala. A la escala microscópica,
se tornan significativos factores como la tensión superficial y las fuerzas
electrostáticas. Y para los mecanismos realmente en la escala de los
nanómetros, las fuerzas de Van
der Waals o los
fenómenos cuánticos.
Micromaquinaria
Las Micromáquinas son objetos
mecánicos que se fabrican en la misma forma que los circuitos integrados. Ellos
generalmente se considera que entre 100 nanómetros a 100 micrómetros de tamaño,
aunque esto es discutible. Las solicitudes de micromáquinas incluyen
acelerómetros que detectan cuando un coche ha golpeado un objeto y activar un
airbag. Complejos sistemas de engranajes y palancas son otra aplicación.
La
fabricación de estos dispositivos se realiza normalmente por uno o
simultáneamente dos técnicas: el micromaquinado superficial y el micromaquinado
en bloque.
La
mayoría de las micromáquinas actúan como transductores, en otras palabras, que
son o bien sensores o actuadores.
Los sensores convierten la información del medio ambiente en señales eléctricas interpretables.
Un ejemplo de una micromáquina es un sensor es un sensor químico resonante. Un
objeto mecánico ligeramente amortiguado vibra mucho más en una frecuencia que
en cualquier otra, y esta frecuencia se llama su frecuencia de resonancia. Un
sensor químico está recubierto con un polímero especial que atrae a ciertas
moléculas, como el ántrax, y cuando esas moléculas se pegan al sensor, su masa
aumenta. El aumento de masa altera la frecuencia de resonancia del objeto
mecánico, lo que es detectado con circuitos.
Computación
cuántica
La computación cuántica es un paradigma de computación distinto
al de la computación clásica. Se basa en el uso de qubits en lugar de bits,
y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos.
Una
misma tarea puede tener diferente complejidad en computación clásica y en
computación cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que
algunos problemas intratables pasan a ser tratables. Mientras un computador
clásico equivale a una máquina de
Turing,1 un
computador cuántico equivale a una máquina de
Turing cuántica.
Mecánica
cuántica
La mecánica cuántica1 2 es
una de las ramas principales de la Física y uno de los más grandes avances del
siglo XX en el conocimiento humano. Explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el
descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores, componentes ampliamente
utilizados en casi todos los aparatos que tengan alguna parte funcional electrónica.
La
mecánica cuántica describe, en su visión más
ortodoxa, cómo en cualquier sistema físico –y por tanto, en todo el universo–
existe una diversa multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido descritos
mediante ecuaciones matemáticas por los físicos, son denominados estados cuánticos. De esta forma la mecánica
cuántica puede explicar la existencia del átomo y desvelar los misterios de la estructura
atómica, tal como hoy son entendidos; fenómenos que no puede
explicar debidamente la física clásica o más propiamente la mecánica clásica.
Física cuántica
La
física cuántica, también conocida como mecánica ondulatoria, es la rama de la
física que estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de
ésta son tan pequeñas, en torno a 1.000 átomos, que empiezan a notarse efectos
como la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula, o
su energía, o conocer simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la
propia partícula (descrito según el principio de incertidumbre de Heisenberg).Surgió a lo largo de la primera mitad del siglo XX en respuesta a los problemas que no podían ser resueltos por medio de la física clásica.
