¿Qué es Nanotecnología?

  

Uno de los grandes avances de la humanidad fue la Revolución Industrial en el siglo XVIII la cual modificó e influenció en todos los aspectos de la vida cotidiana de una u otra manera, el invento de las máquinas y la electricidad, entre otras cosas. Pero desde hace varias décadas se ha venido desarrollando otro cambio importante como es la Revolución Tecnológica, sus raíces se encuentran en el siglo XX y se extienden al siglo XXI, donde el papel de la Tecnología Electrónica es predominante. En su primera mitad, con la electrónica de vacío, en las últimas cinco décadas, con la microelectrónica y actualmente con la embrionaria nanotecnología.

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La nanotecnología es un tipo de tecnología que se dedica al diseño y manipulación de la materia a nivel de nano escala (átomos o moléculas), con aplicaciones en diversos ámbitos. La etimología de la palabra está compuesta por el prefijo Nano, proveniente del griego que indica una medida mil millones (10^9 = 0,000 000 001) en notación científica, representando una escala muy pequeña y “Tecnología” referido a el avance y evolución de la ciencia en relación a la aplicación de ésta a la sociedad y la industria.

La nanotecnología, por lo tanto, trabaja con el nanómetro (nm) como unidad de medida, correspondiente a una mil millonésima parte de un metro, es decir 10^-9.

En la imagen anterior se puede apreciar que un átomo mide menos de 1 nanómetro pero una molécula puede ser mayor, en esta escala se observan propiedades y fenómenos totalmente nuevos,  que se rigen bajo las leyes de la Mecánica Cuántica, de esta forma la Nanotecnología puede ser capaz de crear nuevos materiales y dispositivos con un gran alcance de aplicaciones, tales como en la medicina, electrónica, biomateriales y la producción de energía, entre otras.

Historia de la Nanotecnología

1959: El físico estadounidense, Richard Feyman, premio Nobel de Física (1965), pronunció un discurso en la Sociedad Americana de Física “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio ahí abajo) en el que describe un proceso que permitiría manipular átomos y moléculas en forma individual, a través de instrumentos de gran precisión.

1974: El ingeniero japonés Norio Taniguchi, acuñó el término "nano-tecnología", en un trabajo suyo, publicado en el Proceeding of the International Conference of Production and Engineering en la que define a la nano-tecnología como el procesamiento, separación y manipulación de materiales átomo por átomo.

1979: El químico Peter Wiles y John Abra de la Universidad de Canterbury, Christchurch, Nueva Zelandia descubrió pequeños rollos de átomos de carbón, que más tarde se llamaron nano-tubos. Hoy día son importantes ladrillos de muchas nano-tecnologías.

1981: Gerd Binning y Heinrich Roherer en la IBM, desarrollaron el microscopio electrónico de túnel de barrido (STM), que hizo posible ver átomos individuales y más tarde, moverlos.

1985: Los químicos Richard Smalley, Robert Cult y Harry Kroto, descubrieron el carbono 60, una molécula de carbono de forma de pelota de football de 0.7 nano-metros, que hoy en día tiene muchos potenciales usos en nano-tecnología.

1986: El ingeniero estadounidense Eric Drexler, publica su libro "Motores de la Creación: la próxima era de la Nanotecnología” en la que describe una máquina nanotecnológica con capacidad de autoreplicarse, en este contexto propuso el término de “plaga gris” para referirse a lo que sucedería si un nanobot autoreplicante  fuera liberado al ambiente.

1987: Donald Cram, Charles Petersen y Jean-Marie Lehn, ganaron el premio Nobel por su trabajo en química supra-molecular, dando las bases para el auto-ensamblaje molecular.

1990: Don Eigler y Erhard Schweiz en la IBM, usaron el microscopio de túnel de barrido (STM) para escribir el nombre de la compañía IBM, usando 35 átomos de Zenón.

1993: Nano-partículas semiconductoras emiten luz en paquetes cuánticos, que se pueden unir a moléculas en el cuerpo para ayudar a los médicos a ubicar enfermedades. Ellas fueron preparadas por químicos del Massachusetts Institute of Technology.

1997: Los ingenieros de la US Company Lucent Technologies en New Jersey, construyen un transistor de silicón de 60 nano-metros de ancho.

2000: Investigadores de la Universidad de Cornell, extraen de una célula un motor bio-molecular de 80 nano-metros de ancho y le agregan un rotor de metal para crear un motor nano-mecánico.

2001: Investigadores de la IBM en Nueva York y de la Universidad de Delft en Holanda construyen un circuito lógico usando nano-tubos de carbón.

2003: El gobierno de Inglaterra encarga a una comisión que prepare un informe acerca de las repercusiones sociales, éticas y experimentales acerca de los efectos de la nano-tecnología.

2004: El jugador de tenis Roger Federer, gana el campeonato de Wimbledon usando una raqueta reforzada por nano-tubos de carbón.

2005: Estimaciones de la National Science Foundation de los Estados Unidos cree que para este año el mercado de la nano-tecnología alcanzaría a un trillón de dólares.

Con todos estos avances han surgido nuevas ciencias, por ejemplo, la Ingeniería Genética que hoy en día es discutida debido a repercusiones como la clonación o la mejora de especies.

 

Aplicaciones de la Nanotecnología

La nanotecnología tiene aplicaciones en distintos campos como la Física, la Química, la Medicina, la Ingeniería y la Mecánica. El desarrollo en esta área permite la mejora de muchos productos y abre nuevas posibilidades. Por ejemplo, en el ámbito de la seguridad, la nanotecnología permite la elaboración de micro sensores, que se muestran más efectivos.

Medio Ambiente

Involucran el desarrollo de materiales, energías y procesos no contaminantes, tratamiento de aguas residuales, desalinización de agua, descontaminación de suelos, tratamiento de residuos, reciclaje de sustancias, nano sensores para la detección de sustancias químicas dañinas o gases tóxicos.

Energía

Mejora de los sistemas de producción y almacenamiento de energía, en especial aquellas energías limpias y renovables como la energía solar, o basadas en el Hidrógeno, además de tecnologías que ayuden a reducir el consumo energético a través del desarrollo de nuevos aislantes térmicos más eficientes basados en nano materiales.

Medicina

Desarrollo de nano transportadores de fármacos a lugares específicos del cuerpo, que pueden ser útiles en el tratamiento del cáncer u otras enfermedades, biosensores moleculares con la capacidad de detectar alguna sustancia de interés como glucosa o algún biomarcador de alguna enfermedad, nanobots programados para reconocer y destruir células tumorales o bien reparar algún tejido como el tejido óseo a raíz de un fractura, nano partículas con propiedades antisépticas y desinfectantes, etc.

Industria de Alimentos

Incluye aplicaciones de nano sensores y nano chips útiles en el aseguramiento de la calidad y seguridad del alimento, dispositivos que funcionen como nariz y lengua electrónica, detección de frescura y vida útil de un alimento, detección de microorganismos patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas y otros contaminantes, desarrollo de Nano envases, Nano alimentos con propiedades funcionales nutritivas y saludables, o con mejores propiedades organolépticas.

Textil

Desarrollo de tejidos que repelen las manchas y no se ensucian y sean autolimpiables, anti olores, incorporación de nano chips electrónicos que den la posibilidad de cambio de color a las telas, o bien el control de la temperatura, estos últimos están dentro de lo que se llama “tejidos inteligentes”

Construcción

Desarrollo de Materiales (Nano materiales)  más fuertes y ligeros, con mayor resistencia, vidrios que repelen el polvo, humedad, pinturas con propiedades especiales, materiales autorreparables, etc.

Electrónica

Desarrollo de componentes electrónicos que permitan aumentar drásticamente la velocidad de procesamiento en las computadoras, creación de semiconductores, nano cables cuánticos, circuitos basados en Grafema o Nanotubos de Carbono.

Tecnologías de la comunicación e informática

Desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de mayor capacidad y menor tamaño, dispositivos de visualización basados en materiales con mayor flexibilidad u otras propiedades como transparencia que permitan crear pantallas flexibles y transparentes, además el desarrollo de la computación cuántica.

Agricultura

Mejoras en plaguicidas, herbicidas, fertilizantes, mejoramiento de suelos, nano sensores en la detección de niveles de agua, Nitrógeno , agroquímicos, etc..

Ganadería

Desarrollo de Nano chips para identificación de animales, Nano partículas para administrar vacunas o fármacos, nano sensores para detectar microorganismos y enfermedades además de sustancias tóxicas.