NANOTECNOLOGÍA

INTRODUCCIÓN

La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica, manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a microescala, ahora también referida como nanotecnología molecular. Iniciativa Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología como la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1 a 100 nanómetros. Un nanómetro (nm) es la mil millonésima parte, o 10−9, de un metro. Es común el uso de la forma plural de «nanotecnologías»ara referirse al amplio rango de investigaciones y aplicaciones cuyo tema en común es su tamaño.Incluye diferentes disciplinas de la ciencia.

La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.

La nanociencia es una disciplina dedicada al estudio de los fenómenos físicos, químicos y biológicos que ocurren a escala nanométrica.

HISTORIA

• El ganador del premio Nobel de Física de 1965, Richard Feynman, fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología.

• El término «nanotecnología» fue usado por primera vez por Norio Taniguchi en el año 1974.

• K. Eric Drexler usó el término «nanotecnología» en su libro del año 1986 Motores de la Creación, en el que propuso la idea de un «ensamblador» a nanoescala

• Los fullerenos fueron descubiertos en el año 1985 (Buckminsterfullereno C60), Inicialmente el C60 no fue descrito como nanotecnología; el término fue utilizado en relación con el trabajo posterior con los tubos de grafeno

• A principios de la década de 2000, el campo cosechó un incrementado interés científico, político y comercial, Estados Unidos con su Iniciativa Nanotecnológica Nacional, que formalizó la definición de la nanotecnología basada en el tamaño y que creó un fondo de financiamiento para la investigación de la nanoescala. 

CONCEPTOS

Una variedad de propiedades físicas (mecánicas, eléctricas, ópticas, etc.) cambian cuando se les compara con los sistemas macroscópicos. Los materiales reducidos a la nanoescala pueden mostrar propiedades diferentes cuando se les compara con las que ellos exhiben a macroescala, permitiendo aplicaciones únicas. Por ejemplo, las substancias opacas pueden convertirse en transparentes (cobre); materiales estables pueden convertirse en combustible (aluminio); materiales insolubles pueden convertirse en solubles (oro).

INVESTIGACIÓN ACTUAL

• Los materiales a nanoescala también puede ser usados para aplicaciones en volumen.
• Se ha realizado progreso en la utilización de estos materiales para aplicaciones médicas, nanomedicina.
• Creación de microprocesadores, discos duros
• Las técnicas de estado sólido también pueden ser usadas para crear dispositivos conocidos como sistemas nanoelectromecánicos.
• La electrónica de escala molecular busca desarrollar moléculas con propiedades electrónicas útiles.
• Los métodos químicos sintéticos también pueden ser usados para crear motores moleculares sintéticos, tal como el conocido como nanoauto.
• La biónica o biomimesis buscan aplicar los métodos y sistemas biológicos encontrados en la naturaleza, para estudiar y diseñar sistemas de ingeniería y tecnología moderna.

HERRAMIENTAS Y TÉCNICAS

El microscopio de fuerza atómica y el microscopio de efecto túnel .

La punta de una sonda de barrido también puede ser usada para manipular nanoestructuras.

La litografía es una técnica de fabricación desde arriba hacia abajo donde el material en bruto es reducido en tamaño hasta lograr un patrón a nanoescala.

Otro grupo de técnicas nanotecnológicas incluyen a aquellas usadas para la fabricación de nanotubos y nanoalambres, aquellas usadas en la fabricación de semiconductores tales como la litografía ultravioleta profunda, la litografía de haz de electrones, maquinado de haz de iones enfocado, la litografía de nanoimpresión, la deposición de capa atómica y deposición molecular de vapor, y además incluyendo las técnicas de autoensamblaje.

En contraste, las técnicas de abajo hacia arriba construyen o hacen crecer estructuras más grandes átomo por átomo o molécula por molécula. Estas técnicas incluyen síntesis química, autoensamblaje y ensamblaje posicional.

Uno de los instrumentos clave en la micro y nano ciencia son los microscopios de barrido con sonda.

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.

FUTURAS APLICACIONES

• Alimentos transgénicos.
• Almacenamiento, producción y conversión de energía.
• Armamento y sistemas de defensa.
• Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).
• Construcción.
• Control de desnutrición en lugares pobres.
• Cosmética
• Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
• Detección y control de plagas.
• Informática.
• Monitorización de la salud.
• Procesamiento de alimentos.
• Producción agrícola.
• Resolución de la contaminación atmosférica.
• Sistemas de administración de fármacos.
• Tratamiento y remediación de aguas.
• Energías renovables

APLICACIONES ACTUALES

• Textil. Desarrollo de tejidos inteligentes
• Agricultura. Diseño de productos para mejorar plaguicidas, herbicidas y fertilizantes. La principal finalidad es el mejoramiento de suelos.
• Cosmética. Desarrollo de cremas anti-arrugas o cremas solares con nanopartículas.
• Ganadería. Desarrollo de nanopartículas con el fin de administrar vacunas o fármacos para los animales.
• Alimentos. Dispositivos (nanosensores y nanochips) que funcionen principalmente como nariz y lengua electrónica, es decir, para analizar aspectos relacionados con el olfato y el gusto.

NANOTECNOLOGÍA DEL ADN

Las aplicaciones de la nanotecnología en la biología celular tienen como foco desafiante la molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN). Se han desarrollado elementos estructurales con una cierta lógica molecular para llevar a cabo acciones terapéuticas en un determinado tipo celular o tejido.

Además las nanoestructuras de ADN pueden ser utilizadas como una unión programable de fármacos. Por otro lado, se han desarrollado sondas de imagen con buena sensibilidad y especificidad, otra aplicación es la generación de estructuras de ADN que entregan un control preciso a la organización espacial intracelular, proporcionando una base para desarrollar sistemas de cuantificación a nivel subcelular.