Nanotecnología

El NANO Supermarket presenta posibles productos de la nanotecnología que pueden salir a la venta en los próximos diez años: caramelos medicinales, pintura interactiva para pared, un vino cuyo gusto puede ser alterado con microondas, un implante de Twitter, un spray de seguridad invisible y mucho más.  El debate que provoca la nanotecnología es interpretado por diseñadores, tecnólogos y artistas de todo el mundo. Ellos son seleccionados por un jurado de expertos en nanotecnología y expertos en diseño. Los productos propuestos son innovadores y útiles, así como extraños e inquietantes. Funcionan como futuros escenarios del potencial de la nanotecnología, lo que permite decidir qué futuro queremos realmente para lo nano.

Aquí podéis ver un anuncio de los productos de los que disponen:

Algunos ejemplos de la productos que proponen son:

Wallsmart - Interactive wallpaint

Esta pintura le da la libertad para cambiar el color de sus paredes con sólo pulsar un botón. Sólo hace falta pintar una vez cualquier superficie con el producto y las nanoparticulas en la pintura le darán la opción de cambiar de color, eligiendo desde el programa de ordenador de control. Si se hartan de su elección sólo deben elegir un color diferente y las paredes cambiarán al instante en el tono deseado.

Tecnología empleada: nanorods magnéticos

NanoSock - Self dressing sock

Un montón de gente de edad avanzada experimentan la pérdida de flexibilidad. Esto significa en la práctica una gran cantidad de problemas prácticos. Uno de ellos, por ejemplo, es levantar las piernas para ponerse los calcetines cuando se viste. Muchas personas mayores tienen que depender de ayuda externa para prepararse para el día. Esto es algo que socava su sentido de independencia y su dignidad en general. El calcetín nano ofrece una solución a este problema. A través de minúsculas partículas que se mueven en la tela, el calcetín se estira solo sin ninguna ayuda. La energía para hacer esto se genera por completo a través del movimiento del propio calcetín que genera electricidad estática que permite el movimiento de las partículas.

Tecnología empleada: Sistemas nano electro-mecánicos

Programmable wine

Cada plato de una cena de lujo debe ir acompañado de un vino suave. Pero ¿por qué comprar por separado cada vino diferente cuando se pueden llevar todos en una sola botella? El Vino Nano es un producto básico de uva que se mezcla con cápsulas de tamaño nano que aportan el sabor. Cuando se expone a microondas, estas cápsulas liberan su sabor. Una potencia diferente y la duración de la exposición crea un tipo diferente de vino. Sólo tiene que abrir las cápsulas de vainilla cuando quiera probar un vino de Australia. Las de trufa te ponen en un ambiente típico italiano y para un suave Merlot no se tiene que hacer nada.

Tecnología empleada: Nanopartículas

Se trata de una iniciativa promovida por Next Nature y la Universidad de Tecnología de Eindhoven. Hasta el 31 de mayo está abierta la convocatoria para la presentación de nuevos productos. Si estás por Holanda, puedes ver una exposición en Rotterdam el próximo 17 de mayo.

Por Meritxell Ruiz Andrés

Uno de los problemas actuales de la sociedad es el excesivo consumo de energía que generamos y del que, en gran parte, no somos conscientes. Bien es sabido que consumir energía es sinónimo de  vivir, es decir, de movimiento, de transformación, de evolución, pero siempre dentro de unos límites ajustados a nuestras necesidades, de modo que con dicho consumo se trate de aprovechar al máximo las posibilidades contenidas en la energía.

A lo largo de la historia, el ser humano se ha beneficiado, despreocupadamente, de estas necesidades energéticas extraídas de la Tierra, con la combustión de carburantes fósiles, como carbón, petróleo y gas natural. Pero los excesos no son buenos, por lo que cuando estos límites se sobrepasan, nos encontramos ante una situación perjudicial que debemos solventar tomando medidas de prevención para atenuar los efectos negativos, ya que los recursos naturales se agotan.

Es en estos casos cuando el ingenio se agudiza y la ciencia cobra sentido investigando, desarrollando, innovando, en definitiva, dando soluciones. Así pues, la creación de nuevos dispositivos que ayuden a respetar el medioambiente, aprovechando racionalmente los bienes del planeta, como es la energía solar,  eólica y/o  hidráulica, es el objetivo principal.

La radiación solar constituye la principal fuente de energía renovable a nuestro alcance, pero posee un gran inconveniente y es el de no disponer de sistemas eficientes de captación y/o transformación.

Sin embargo, se ha evolucionado en algunos campos como por ejemplo en la denominada edificación bioclimática (http://www.solartec.org/SVbioclimatica.htm), que consiste en diseñar edificios teniendo en cuenta la situación meteorológica  de la zona donde se vaya a construir, haciendo uso de materiales que saquen un máximo rendimiento a la radiación solar y en la que las herramientas para conseguir un mayor confort son dispositivos como las ventanas inteligentes, baterías y placas solares.

Las ventanas inteligentes forman parte de estos dispositivos de nueva generación y su funcionamiento está directamente relacionado con películas delgadas de óxido de wolframio que son considerados, a su vez, materiales inteligentes, con capacidad de activarse como sensores mediante la luz solar o la temperatura y dar una respuesta térmica.

Las películas delgadas de trióxido de wolframio (WO3) poseen propiedades electrocrómicas (http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/10016/3197/1/nuevos_materiales_electrocromicos2.pdf) que consisten en un cambio de coloración de la película al ser sometida a una diferencia de potencial.

La técnica de obtención de estas películas delgadas de WO3 se realiza mediante el procedimiento de sol-gel (http://www.solgel.com/), mejorando sus propiedades y abaratando los costos de producción.

Las ventajas  de esta técnica residen en la química básica, así como en el proceso práctico y la posibilidad de obtener vidrios y sólidos amorfos singulares, es decir, con propiedades muy superiores a las que fuera del intervalo normal de formación del vidrio o con estructuras muy diferentes de las encontradas con frecuencia.

El proceso puede llevarse a cabo mediante dos vías diferentes, esto es, a partir de suspensiones coloidales de sílice, o bien mediante hidrólisis (http://www.quimica.aeok.org.ar/Materias/Quinto/QACl/Qacl-1/Hidrolisis.pdf) de los precursores moleculares y policondensación a una forma vidriosa (matrices amorfas). Siendo ésta última forma la utilizada para crecer el WO3.

Estas películas delgadas de WO3 se preparan sobre sustratos de vidrio recubiertos con óxido de indio-estaño (ITO) con WO6 como precursor y alcohol isopropílico como solvente. La aplicación de estas películas por el método de sol-gel suele realizarse por rotación de sustratos o spin-coating (http://www.cpmt.org/mm/pkglab/theory/spin_theory.html), que consiste en crecer las capas a medida que hacemos girar el sustrato con una velocidad constante y así conseguir el esparcimiento de la solución. Una vez obtenido el material (la capa) se le da un tratamiento térmico (entre 500 y 700ºC, debido a que la temperatura incrementa el tamaño de los granos y la porosidad) a presión constante de modo que obtengamos el espesor deseado, no superior a 5 µm.

Del mismo modo, en las células solares  se crecen capas de diversos óxidos puesto que éstos  son capaces de incrementar la eficiencia de conversión del dispositivo. Una de las necesidades actuales es el hecho de reducir sustancialmente el costo de estas placas, de modo que se buscan materiales y/o técnicas de fabricación que se adecuen a estas circunstancias. Pues bien, las películas delgadas de  CU2O crecidas mediante el procedimiento del sol-gel resuelven esta cuestión, es decir, se consiguen abaratar el presupuesto y además, se consiguen eficiencias de conversión de la energía solar en energía eléctrica elevadas.

La preparación de estas capas de Cu2O también sigue el método de la rotación del sustrato, es decir, se crece dicho óxido sobre un sustrato de ITO (al igual que el WO3), con una solución de acetato monohidratado de Cu (II), mezclado con monoetanolamina y agua desionizada, a una velocidad constante y un tratamiento térmico posterior para asegurar la distribución homogénea en el crecimiento.

Así pues, tanto el WO3 como el Cu2O, son óxidos peculiares que, crecidos siguiendo el mismo proceso tecnológico y económico, son capaces de ahorrar energía, puesto que aumentan la eficiencia de los dispositivos de los que forman parte,  utilizando como fuente de alimentación el Sol.

Por Diana Jeréz Delgado

El ZnO presenta la mayoría de las configuraciones de nanoestructuras (http://www.nanoscience.gatech.edu/paper/2004/04_JP_1.pdf) que un material puede formar, como nanohilos, nanocintas, nanoanillos, nanoespirales, etc. Existen varios métodos de crecimiento, desde los mecanismos Vapor-Sólido o Vapor-Líquido-Sólido, que son los más utilizados, hasta métodos de crecimiento (http://www.cchem.berkeley.edu/pdygrp/pub_files/pubpdf/056.pdf) en los que se pueden controlar varios parámetros como la orientación, posición, diámetro y morfología de las nanoestructuras.

Una de las aplicaciones más importantes del ZnO es su utilización en láseres ultravioletas “UV” a temperatura ambiente. El intervalo de energías prohibidas “gap” del ZnO se encuentra en 3.37 eV. Por tanto, es un semiconductor transparente en el espectro visible y su emisión se encuentra en el espectro UV. Además la energía del excitón es 60 meV, muy superior a la energía térmica a temperatura ambiente cuyo valor es 26 meV, por lo que se puede utilizar a temperatura ambiente.

Al igual que otros muchos óxidos semiconductores, el ZnO también se utiliza en nanosensores de gases. Éstos están basados en cambios en la conductividad eléctrica del óxido semiconductor. Cuando una molécula de un gas se deposita sobre la superficie de una nanoestructura, cambia su conductividad de la superficie ya que la molécula atrapa electrones de la banda de conducción de la nanoestructura.

La  piezoelectricidad (http://www.nanoscience.gatech.edu/paper/2006/06_SCIENCE_1.pdf) aparece en materiales no centrosimétricos como es el caso del ZnO. La estructura más estable del ZnO es la wurtzita cuya celda unidad presenta una estructura hexagonal compacta. Un material es piezoeléctrico si al deformarlo de forma mecánica obtenemos una señal eléctrica, o viceversa. Este comportamiento se observó al realizar un experimento con un microscopio de fuerza atómica (AFM). Se crecieron nanohilos alineados de ZnO sobre un sustrato de Ag. Sobre la punta de este microscopio se colocó un sistema de medida eléctrico. Se observó que cuando esta punta deformaba los nanohilos, en el sistema de medida se leía una señal eléctrica. A partir de esta propiedad, los nanohilos de ZnO se pueden utilizar como nanogeneradores de señal de 6 mV aproximadamente.

El ZnO se puede dopar tipo n y p, aunque es más difícil doparlo tipo p. Si se dopa con Mn, Co o Fe presenta ferromagnetismo. Algunas nanoestructuras pueden presentar ferromagnetismo a pesar de que el material masivo no lo presente. El motivo reside en que al disminuir el tamaño, muchos de los átomos se encuentran en la superficie. Estos átomos superficiales tienen su espín descompensado y puede ocurrir que se forme un momento magnético permanente que dé lugar al comportamiento ferromagnético  (Appl. Phys. Lett. 79, 988 (2001)).

Por último, el ZnO es biocompatible, biodegradable y no tóxico, por lo que tiene aplicaciones en biomedicina.

                La conductividad del ZnO se ve afectada cuando el material está expuesto al aire o a ambientes corrosivos. De hecho, en la serie galvánica que es una medida de la facilidad que tienen los materiales para sufrir el proceso de corrosión, el Zn es el segundo elemento con más facilidad a presentar corrosión. Cuando el ZnO se dopa con cationes metálicos como Al, In, Cd, Ga, Sn, etc., su conductividad puede variar catorce órdenes de magnitud: desde 10^-10 (Ωcm)^-1 hasta valores muy altos como 10⁴ (Ωcm)^-1. Además de mejorar la conductividad, estos dopantes hacen que el semiconductor presente una alta transmitancia en el rango visible del espectro.

                En el caso de que el ZnO esté dopado con In, la conductividad admite un valor de 0.05 (Ωcm)^-1 y la transmitancia es del 80% en el espectro visible. Por su parte, en el caso del Al, la conductividad alcanza valores de 10⁴ (Ωcm)^-1 y su transmitancia es de 90%.

                En cuanto a las aplicaciones del ZnO dopado, la posibilidad de mejorar la conductividad con dopantes, hace que los sensores de gases basados en ZnO sean más sensibles a la concentración de gases. Además se pueden utilizar en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos como las células solares (http://www.physics.ucf.edu/~lc/SEMSC-2009-Final.pdf). Se ha comprobado que células solares construidas a partir de ZnO dopado con Al tienen una eficiencia del 18.8%.

Por Diego López

Los motores rotativos convencionales pueden ser bastante complejos y por lo tanto difíciles de miniaturizar. Hasta ahora, los músculos artificiales hechos de nanotubos de carbono podían proporcionar la contracción y la curvatura necesarias, más no la rotación. Recientes investigaciones han demostrado que un electrolito lleno de hilados de nanotubos de carbono (más delgados que un cabello humano) podría funcionar como un músculo artificial de torsión en un sencillo sistema de tres electrodos electroquímicos. Los experimentos han alcanzado una rotación reversible de 15.000° y 590 revoluciones por minuto. Este desarrollo podría ser útil para robots y prótesis médicas.

Fig. 1. Un microscopio electrónico de barrido muestra un hilo de carbono de 3,8 micrómetros de diámetro de nanotubos que se retuercen cuando está conectado a un electrodo y sumergido en un líquido conductor (Universidad de Texas en Dallas)

Fig. 2. Hilo de nanotubos de carbono de 15 micrómetros de espesor, el cual hace girar una paleta de ida y vuelta para mezclar el agua teñida de azul y amarillo (Universidad de Texas en Dallas).

Los músculos artificiales se han hecho típicamente de polímeros y metales que cambian de tamaño y forma. Otro tipo de músculo artificial se basa en elastómeros dieléctricos. Pero para ser realmente útiles, estos materiales tienen que torcerse o girar cuando se aplique una corriente eléctrica, y muy pocos de los materiales creados hasta ahora, pueden hacerlo.

Estos nuevos músculos (fibras de nanotubos de carbono enrollados en un hilo (Fig. 1)) pueden producir tanto torque o fuerza de torsión como los motores eléctricos comerciales.

El hilo formado por nanotubos de carbono enrollados podría producir nuevos usos y aplicaciones. Podría ayudar a miniaturizar los motores eléctricos, compresores y turbinas; pequeñas bombas basadas en un actuador giratorio que podrían integrarse en chips de laboratorio, los cuales, utilizan actualmente grandes bombas externas.

Ray Baughman, director de la investigación y del Instituto de Nanotecnología de la Universidad de Texas en Dallas, afirmó que: "Esta es una manera nueva y fascinante para proveer torsión".

En un artículo publicado en la revista Science, los investigadores muestran que el nuevo hilo puede hacer girar una paleta 1.800 veces más pesada que el mismo hilo a 590 revoluciones por minuto. Han demostrado como un simple dispositivo basado en este concepto podría ser utilizado para mezclar dos líquidos en un chip de micro fluidos. Un hilo de 15 micrómetros de ancho, podría hacer girar una paleta que fuese 200 veces más ancha y 80 veces más pesada que él mismo hilo hasta una vuelta por segundo (Fig. 2).

Baughman y sus colegas, han hecho músculos basados en nanotubos de carbono 100 veces más fuertes que los músculos naturales y más flexibles que el caucho. Los investigadores crearon el hilo por crecimiento de nanotubos de carbono, cada uno de alrededor de 400 micrómetros de alto y 12 nanómetros de ancho. Luego los giraron juntos hasta formar paquetes de menos de 10 micrómetros de espesor.

Para crear el movimiento de torsión, el hilo se conecta a un electrodo y se sumerge en un electrolito. Los iones del electrolito penetran en el hilo, lo que provoca que se hinche y luego  se contraiga y gire a lo largo de su longitud.

La combinación de simplicidad mecánica, alto nivel de torsión, la alta velocidad de rotación y un tamaño micrométrico del hilo, sugieren aplicaciones tales como bombas de micro fluidos, unidades de válvulas y mezcladores; aparte de las ya mencionadas aplicaciones a mayor escala en robótica y prótesis.

Videos:

http://www.youtube.com/watch?v=CSvdq2fmSq0

http://www.sciencemag.org/content/suppl/2011/10/12/science.1211220.DC1/1211220s1.mov

http://www.sciencemag.org/content/suppl/2011/10/12/science.1211220.DC1/1211220s2.mov

Fundamento teórico y técnico:

http://www.sciencemag.org/content/suppl/2011/10/12/science.1211220.DC1/Foroughi.SOM.pdf

Link interesante de grupo de investigación de la NASA:

http://eap.jpl.nasa.gov/

El 24 y 25 de abril se va a celebrar en la Real Academia Nacional de Farmacia un Simposio Internacional sobre fármacos, nanomedicina y biomateriales.

Este Simposio versará sobre fármacos, nanomedicina y biomateriales, como lugar de encuentro en la búsqueda y consecución de un objetivo común: remediar el dolor, la enfermedad, y el deterioro de nuestros cuerpos, en aras de la consecución de una mejor calidad de vida. Se desarrollarán ponencias sobre como:

• Diseñar nanoestructuras para mejorar la administración de fármacos.

• Evitar efectos secundarios no deseados durante la administración de fármacos citotóxicos.

• Diseñar nanopartículas como elementos para dispositivos destinados a lograr una liberación de fármacos altamente tóxicos, de forma que se dirijan directamente hacia los tumores, y de esta forma se consigan emplear dosis adecuadas, mínimas con respecto a las empleadas en quimioterapia, que garanticen la muerte de las células tumorales sin afectar a las sanas.

• La nanotecnología se está desarrollando de forma acelerada e incesante hacia la prevención y tratamiento de enfermedades infecciosas y agresivas que no se pueden tratar con éxito con las técnicas convencionales.

• Los avances incesantes en la preparación de nanosistemas con aplicaciones en el campo de la medicina han dado lugar a nuevos retos en el diseño de materiales inteligentes capaces de responder a las exigencias clínicas.

• Diseñar dispositivos y técnicas para lograr imágenes del tejido tumoral.

• Fabricar, cuando sea necesario, piezas de repuesto para el cuerpo humano utilizando la ingeniería de tejidos y la terapia celular.

Por Yolanda Rodríguez García

La cantidad de energía que consume la humanidad es tan grande que, ni siquiera cortando todas las plantas del planeta y quemándolas para obtener combustible, lograríamos obtener la mitad de energía que necesitamos en un año. Sin embargo, cada hora es irradiada por el sol casi diez veces más energía de la que consumimos anualmente. Con tan sólo un 5% de esa energía tendríamos suficiente para cubrir las necesidades energéticas del planeta. Por ello, actualmente se están dedicando enormes esfuerzos para tratar de aprovechar al máximo la energía solar.

Una de las formas de aprovechar esta energía es mediante paneles fotovoltaicos fabricados a partir de células fotovoltaicas. De las distintas generaciones que existen de células fotovoltaicas, la más implantada en el mercado es la que utiliza como material semiconductor el silicio cristalino. De hecho, ocho de cada diez módulos fotovoltaicos instalados en todo el planeta están fabricados con este material.

En la fabricación de las células fotovoltaicas, cada etapa que forma parte de su procesado es esencial para que su funcionamiento sea óptimo y se logre alcanzar una eficiencia cuanto más alta mejor, de modo que se consiga un mayor aprovechamiento de la energía solar.

Cuando hablamos de células fotovoltaicas de silicio, una de las etapas más importantes de este proceso es el texturizado. Esta etapa consiste fundamentalmente en un ataque de la superficie de la oblea con varios objetivos. Por una parte se eliminan las impurezas presentes introducidas tras el corte y se minimiza el daño superficial producido por éste. Por otro lado, como la superficie tras el texturizado queda con una pequeña rugosidad (inapreciable a simple vista), se minimiza la reflexión de la luz incidente, absorbiéndose por tanto mayor cantidad de fotones, y aumenta la superficie de contacto o área efectiva de la célula. Con la etapa de texturizado se consigue reducir la resistencia en serie de la célula y aumentar la densidad de corriente de cortocircuito y la tensión de circuito abierto, con lo que, en definitiva, se logra aumentar la eficiencia de la célula final.

Actualmente existen diversas técnicas para llevar a cabo la etapa de texturizado. Algunas de ellas se pueden utilizar a nivel industrial y otras, debido a su complejidad, sólo se utilizan en laboratorios. Algunos de estos métodos son:

• Mecánicos: se fricciona la oblea contra una superficie que tiene una forma determinada.

• En disolución acuosa: estos son los más utilizados a nivel industrial. Pueden ser texturizados alcalinos, los cuales producen un ataque selectivo según sea la orientación cristalográfica de los granos de la oblea (por tanto, se suelen usar para silicio monocristalino) y dan lugar a pequeñas pirámides en la superficie de la misma, y texturizados ácidos, los cuales son isotrópicos (el ataque no depende de la orientación cristalográfica del grano) y que, por lo tanto, es más apropiado para ser utilizado con substratos de silicio poli o multicristalino. Tanto el texturizado alcalino como el ácido consisten en una serie de baños químicos de distintas composiciones que van oxidando y retirando de manera alterna parte de la superficie de la oblea.

• Mediante el bombardeo de la superficie con plasma.

• Técnicas fotolitográficas: se utilizan en laboratorios para obtener pirámides invertidas en la superficie de la oblea o granos esféricos que constituyen el llamado texturizado de panel de abeja.

Superficies resultantes tras distintos tipos de texturizado.

La eficiencia conseguida para la mayoría de los dispositivos que se fabrican de manera industrial, es de alrededor del 16%, debido a las características propias del material de partida y a la tecnología de célula utilizada. Eso significa que de la energía solar que les llega, sólo un 16% es transformada en energía eléctrica.

En el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER), en Pamplona, se está yendo más allá, y se está investigando para poder aplicar la nanotecnología en procesos industriales de fabricación mejorando el grado de eficiencia energética de las células. Desde aproximadamente finales de 2009 trabajan en un proyecto conjunto con la Fundación para la Investigación y Desarrollo en Nanotecnología (FideNa) llamado "Células fotovoltaicas nanotexturizadas2. Dicho proyecto consiste en realizar estructuras de tamaño nanométrico (por debajo de 300 nm) en la superficie de las células fotovoltaicas. Estas estructuras constituyen un patrón repetitivo de puntos, rayas o columnas de tamaño nanométrico que se graban en la superficie de la célula. Dado que los fotones viajan desde el sol hasta la Tierra en forma de ondas, de lo que se trata es de que las estructuras en la superficie de las células sean de aproximadamente el mismo tamaño que esas longitudes de onda, de manera que, cuando la onda llegue a la superficie, no la vea plana sino rugosa. De esta forma, la reflexión en la superficie de las células se reducirá aproximándose a ser nula, y se mejorará la absorción en el silicio, de modo que se conseguirá un alto nivel de radiación que penetra en la célula, pudiéndose producir una mayor cantidad de energía.

Se estima que en cinco años, los módulos fotovoltaicos de los hogares estarán fabricados con células nanotexturizadas.

Otras fuentes consultadas:

http://www.rtve.es/television/20110527/mundo-abajo-arriba/435079.shtml

http://pveducation.org/pvcdrom

En este post Sergio Sánchez Force nos ofrece un resumen de los avances más relevantes que se han producido en la aplicación de los nanomateriales a la medicina. En este blog ya hemos tratado algunos de los temas, como es la piel artificial,  la toxicidad de las nanoparticulas, los liposomas y el llamado caballo de Troya.

Hace décadas ya se aplicaba la nanotecnología a la investigación médica cuando las técnicas de la ingeniería genética hicieron posible la manipulación del ADN. La técnica de los chips o microarrays de ADN es una tecnología cuyo desarrollo ha sido posible gracias al avance de la nanotecnología. Un microarray de ADN consiste en un soporte sólido en el que se encuentran representados en orden miles de genes. Cada gen está representado por un fragmento específico de ADN inmovilizado sobre la superficie. Su aplicación más importante es la monitorización de los genes de una célula, un órgano o un tejido. También tiene aplicaciones en el área del cáncer, donde el análisis de los genes utilizando microarrays de ADN ha permitido diferenciar nuevas clases de tumores dentro de grupos ya conocidos.
(http://www.encuentros-multidisciplinares.org/Revistan%C2%BA12/Ana%20Dopazo%20Gonz%C3%A1lez.pdf)

Un equipo liderado por el profesor Ali Javey ha logrado darle el sentido del tacto a una piel artificial empleando una matriz de semiconductores nanométricos. Se trata de una piel electrónica que puede sentir la presión con la misma sensibilidad de la piel humana, por lo que se podría aplicar en robótica y en prótesis para restaurar el sentido del tacto a pacientes con amputaciones.

Esta piel está fabricada con semiconductores nanométricos de cristal que se pueden integrar en una matriz de plástico, papel o vidrio para formar capas muy delgadas y flexibles. Los científicos colocaron los semiconductores en una matriz de píxeles que se recubre con una capa fina de caucho sensible a la presión. Cada píxel contiene un transistor formado de cientos de cables semiconductores por los cuales pasa una corriente eléctrica que depende de la presión ejercida sobre la capa de caucho. (http://www.elreporte.com.uy/nueva-piel-artificial/)

En medicina están siendo muy estudiadas las nanopartículas. Por ejemplo, las nanopartículas de plata tienen una gran área superficial, por lo que son más reactivas. Se emplean en la fabricación de recubrimientos de heridas y quemaduras para combatir la infección y la inflamación. La plata mata las bacterias y los virus al impedir el transporte de electrones en los microbios. El inconveniente es que los altos niveles de iones de plata pueden matar también las células.

Los puntos cuánticos son nanopartículas semiconductoras que cuentan con propiedades ópticas y eléctricas únicas. Cuando se exponen a la luz, estas nanopartículas emiten colores diferentes dependiendo de su tamaño (a menor tamaño del punto cuántico, más brilla el color). Los puntos cuánticos fluorescentes se utilizan en la identificación de material biológico en animales con propósitos de investigación. Para los investigadores biomédicos, la ventaja de utilizar puntos cuánticos es que ofrecen la más avanzada sensibilidad de detección: una proteína simple a la que se adhiere un punto cuántico fluorescente, puede ser rastreada dentro de una célula viva. Los puntos cuánticos diseñados con la nanotecnología ya se emplean en la electrónica (en pantallas planas de computadoras y televisores) pero aún no se utilizan en medicina terapéutica o diagnóstico porque existe la preocupación de que sean tóxicos.

Los investigadores de Clemson University han desarrollado un nuevo tipo de punto cuántico a partir de carbono, que puede ser menos tóxico que las partículas de selenio o plomo. Al cubrir estos puntos cuánticos de carbono con polímeros especiales, experimentan el fenómeno de fotoluminiscencia al exponerlos a la luz.

Otros dispositivos que se están desarrollando en la actualidad son los nanosensores médicos. Los investigadores de la Universidad de Illinois desarrollan un dispositivo implantable que permitiría a los diabéticos supervisar los niveles de glucosa sin extraerse sangre. Los sensores están hechos de nanotubos de carbono que brillan al iluminarlos con una luz infrarroja, y brillan con mayor intensidad cuanta más glucosa haya en el cuerpo.  (http://www.etcgroup.org/upload/publication/598/02/nanomedicinespanishfin.pdf)

El uso de la nanotecnología en los tratamientos contra el cáncer disminuye algunos riesgos como la toxicidad. Para lograr esto se emplean los liposomas, que son esferas que pueden transportar en su interior medicamentos para el tratamiento del cáncer. Los liposomas viajan por la sangre y debido a su tamaño no atraviesan las paredes de los vasos sanguíneos normales, pero cuando llegan a las paredes de los vasos tumorales, debido a que estos son permeables, los liposomas sí los atraviesan y liberan los medicamentos. (http://www.esmas.com/salud/762201.html)

Además de los liposomas, se emplean distintas nanopartículas para combatir el cáncer. El llamado “caballo de Troya” funciona como una nanopartícula que se le llama dendrímero que introduce un fármaco en las células tumorales. Por ejemplo, hay nanopartículas fluorescentes de silicio que llevan el medicamento o el fármaco en unos poros, y debido a que son fluorescentes encuentran las células malignas y liberan el medicamento. Además son biodegradables, por lo que se degradan sin dejar productos tóxicos para el organismo.

El equipo de Nanospectra ha creado un nuevo tratamiento en la lucha contra el cáncer desarrollando nanopartículas de oro que son capaces de destruir un tumor cuando se  calientan a través de un sistema remoto. Cuando se dirigen rayos de luz infrarrojos a la localización del tumor, las partículas absorben la luz y se calientan, por lo que los tumores se calientan más que los otros tejidos alrededor y se mueren.

Utilizando una terapia basada en la nanotecnología se podría mantener el cáncer sin crecer y permitiría al paciente vivir una vida normal.
(http://jvergelesb.wordpress.com/2009/02/24/la-nanotecnologia-en-la-medicina/)
(http://www.salud.com/cancer/nanotecnologia-permite-lucha-contra-que-el-cancer-comience-celulas.asp)
(http://www.monografias.com/trabajos82/nanotecnologia-lucha-cancer/nanotecnologia-lucha-cancer2.shtml)

Nanother es un proyecto que a diferencia del resto, empleará dos tipos de nanopartículas sintéticas: nanopartículas poliméricas y nanopartículas magnéticas. Las poliméricas contendrán moléculas para reconocer las células tumorales y dirigir el fármaco a ellas, mientras que las magnéticas también colaborarán identificando tumores y ayudarán a eliminarlas mediante un aumento de la temperatura.
(http://www.madrimasd.org/informacionidi/noticias/noticia.asp?id=37415)

Por Ana María Pérez

Este particular material, formado por óxido de indio dopado con estaño, se encuentra presente en muchas de las aplicaciones tecnológicas que utilizamos en nuestro día a día, como los smart phones, los sistemas de navegación por satélite o en los dispositivos de control de la calefacción, ventilación y aire acondicionado. Todas estas nuevas tecnologías que implican el uso de pantalla táctiles hacen del ITO un material clave, sin embargo, es su gran variedad de aplicaciones tales como en dispositivos de cristales líquidos (LCD), en diodos de emisión de luz orgánicos (OLED), y las conocidas células solares lo que hacen de este óxido un material muy interesante y con gran relevancia.

El óxido de Indio (http://www.ncsu.edu/chemistry/franzen/public_html/sf/ito/index.htm)  es  un compuesto químico, un polvo de color amarillento con  peso molecular de 277,64. Se trata de un material cerámico estable, insoluble en agua y que volatiliza a 850ºC.

Desde hace mucho tiempo se sabe que el oxido de indio es un semiconductor tipo n  (3,7 eV de gap) y como tal es usado  en la actualidad en circuitos integrados y  para formar heterouniones con p-InP, n-GaAs. Sin embargo no fue hasta más adelante, tras probar a dopar a dicho material, cuando se descubrieron sus mejores propiedades.

Se observó que dopado con cromo adquiere un carácter magnético lo cual le hace un buen candidato en posibles aplicaciones  de spintrónica (http://blog.continuum.cl/wp-content/uploads/2008/08/spintronica.pdf) como material para inyectar espines. De igual manera cuando se encuentra dopado con zinc puede llegar a ser superconductor a temperaturas del helio.

No obstante,  el óxido de indio muestra sus propiedades más interesantes cuando se encuentra dopado con dióxido de estaño formando así el ya mencionado “ ITO”. Las laminas delgadas de ITO (90% In2O3 y 10% de SnO2) funcionan como un conductor eléctrico transparente (http://www.fierasdelaingenieria.com/metodo-para-producir-conductores-transparentes/) y pueden reflejar una porción del espectro infrarrojo. De esta manera podemos decir que el ITO es un material literalmente invisible siendo, el principal uso del mismo la fabricación de blancos de sputtering para recubrimientos de láminas delgadas.

Los depósitos de ITO son y han sido muy importantes en el desarrollo de la tecnología en los últimos años en distintas áreas de investigación con el objetivo de conseguir estas capas conductoras y transparentes.  Una de las aplicaciones es como aislantes de radiación electromagnética en donde la transparencia a la luz visible cobra gran importancia. Son utilizados en diversas funciones desde medicina hasta la prevención de radiación nociva de distintos aparatos electrónicos.

Otra aplicación importante es en la fabricación de vidrios calefactores. Tras la deposición de la capa transparente y conductora  de ITO en la superficie de un vidrio se consigue que este tenga una determinada resistencia. Las principales aplicaciones donde se encuentran los vidrios calefactables son en la construcción y últimamente de manera muy notable en automoción.

Sin embargo, sin duda alguna una de las aplicaciones las relevantes en nuestro día a día se encuentra en pantallas táctiles (http://www.redeweb.com/_txt/676/66.pdf). Si bien existen muchos tipos de ellas, la mayor parte se basan en efectos resistivos y capacitivos y los electrodos transparentes utilizados suelen ser de ITO. Un esquema de un tipo de pantallas táctiles existentes es el siguiente.

Y como no mencionar su aplicación como lámina conductora en las conocidas células solares (http://www.oe-chemicals.com/dictionaryM-Z.html).

Terminar nombrando que este amigo invisible no solo se encuentra presente en  productos como los anteriormente mencionados  en donde se desarrollan sus propiedades estáticas, sino también otros tantos  dispositivos en los que se desarrollan  sus propiedades dinámicas. Así ocurre con las pantallas basadas en opto-electrónica, formadas generalmente por  pantallas de cristal líquido (http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid2/rc-111/rc-111b.htm), y pantallas de plasma cuya transmitancia o reflectancia espectral está controlada eléctricamente.

Como vemos, actualmente, el óxido de estaño indio es el material dominante para las aplicaciones conductoras transparentes. Sin embargo, la relativa escasez de indio unida a la creciente demanda  ha incrementado considerablemente los costes en los últimos cinco años. Además de este problema económico, el óxido de estaño indio  posee una pobre flexibilidad mecánica, por lo que  distintos laboratorios en todo el mundo buscan posibles sustitutos para este material. No obstante, es de tener en cuenta el importante papel  que  este material ha jugado y juega hasta la fecha de hoy en muchos dispositivos y recordar que detrás de  muchas de las aplicaciones tecnológicas de nuestro día a día se encuentra, nuestro amigo invisible, el ITO.

Por Francisco Javier Caballero Solana

El término fotovoltaico define el proceso físico consistente en transformar la energía luminosa en eléctrica por medio de una transferencia de energía de los fotones de la luz hacia los electrones del material. Este principio fue descubierto por el físico francés Becquerel y explicado por Einstein en 1905, que lo llamó, el efecto fotoeléctrico, y por el que recibiría el Premio Nobel en 1921.

Si el rendimiento de las células fotovoltaicas ha crecido enormemente en la última década, sin embargo, hacia el 20%, se marcó un punto de inflexión en esta progresión, que se ha estancado en torno al 25%. Afortunadamente, los laboratorios de investigación están encontrando algunas pistas y soluciones para impulsar la eficiencia de las células fotovoltaicas a niveles antes inimaginables.

La máxima eficiencia de las células fotovoltaicas es simplemente un límite físico: Las células actuales que contiene una sola unión (la zona de contacto entre los dos capas de Silicio), y tienen un límite máximo teórico de 33,5%, denominado "el límite de Shockley-Queisser". Esta limitación es consecuencia de pérdidas energéticas que se producen en el proceso fotoeléctrico: Si el fotón incidente tiene menos energía que el hueco de banda (gap) del material semiconductor, los electrones no podrán pasar a la banda de conducción, con lo cual dichos fotones no podrán ser absorbidos. Por tanto ningun rayo de luz con menos energía que el gap del semiconductor podrá ser aprovechado por la célula solar. Cuando el fotón incidente sobrepasa la energía del gap del semiconductor, este exceso energético se transformará en pérdidas térmicas, ya que el electrón solo puede aprovechar la energía exacta del paso de la banda de valencia a la banda de conducción.

Por lo tanto, debemos encontrar tecnologías de ruptura respecto a las células actuales.  Existen numerosas investigaciones en curso sobre los paneles y la electrónica. El próximo paso tecnológico será comercializar con éxito la célula multiunión.

Este es un concepto antiguo, patente de Texas Instruments ¡Desde  1955! Pero ahora tenemos a la alcance de la mano la oportunidad de mover esta tecnología a una etapa comercial. La idea es bastante simple: Las células solares multiunión aprovechan mejor el espectro solar por tener múltiples capas de semiconductores con diferente hueco de bandas. Todas las capas son fabricadas con materiales diferentes, semiconductores III-V es lo más utilizado, y cada uno absorbe una porción diferente del espectro. La capa de mayor hueco de banda se colocará en la parte superior de modo que sólo los fotones más energéticos son absorbidos en esta capa. Los fotones menos energéticos deberán atravesar dicha capa superior, ya que no serán suficientemente energéticos para generar EHP (pares electrón-hueco) en el material. Según penetramos en el material, desde la parte externa hacia el interior, habrá un hueco de banda menor que la anterior. Cada capa absorberá así los fotones que tienen energías superiores a los huecos de banda de esa capa y nada del hueco de banda de la capa superior.

La forma más común de la célula solar multiunión es la de tres capas, lo que se llama una célula solar triple-unión. Por ejemplo, una composición de semiconductores GaAs, Ge y GaInP2  se utiliza actualmente con fines aeroespaciales. Con la salida de las células multiunión, se cambia verdaderamente de dimensión, ya que el límite teórico es ahora del ¡ 83% ! Por ahora, los mejores laboratorios ya han alcanzado el 43% (Solar Junction, California, EEUU)

En un proyecto liderado por investigadores Españoles, junto con la colaboración de la Unión Europea y Japón, se tratará de llegar hasta el 45% de eficiencia. Rafael Kleiman, un investigador canadiense dice estar "seguro de que podemos producir células de vanguardia con un 50% de rendimiento antes de 2020."

Nos ha llegado un anuncio de becas en el verano para estudiantes en el INL (International Iberian Nanotechnology Laboratory). Os dejamos aquí el enlace, puede que sea de vuestro interés.

2012 INL Scholarship Programme

The International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL) is an Intergovernmental Organisation (IGO) registered at the United Nations and created to foster interdisciplinary research in Nanotechnology and Nanosciences. Founded by Portugal and Spain and located in Braga (Northern Portugal), INL is governed by an international legal framework, providing a high-tech research environment to address the major challenges in Nanosciences in four main areas:

1. Nanomedicine;

2. Environmental and Food Control;

3. Nanoelectronics;

4. Nanomachines and Nanomanipulation;

As a multilateral organisation committed to the promotion and development of Nanotechnology, INL manages and administers several educational and research programs specifically orientated to encourage capacities and knowledge around Nanosciences. In this regard, INL launches the 2012 INL Scholarship Programme. This programme will allow 20 students from Portugal and Spain to take part in this unique opportunity.

Students must be fourth or fifth year Undergraduate university students, (Bologna 2nd cycle). Candidates must be pursuing a degree in exact sciences (Biology, Chemistry, Physics), Engineering (Biological, Biomedical, Electrical) and related areas. Working on the breakthroughs of tomorrow, the 2012 INL Scholarship Programme offers hands on training in advanced research projects with INL scientists for two months. Scholars will have the opportunity of sharing the first research steps of an international and multidisciplinary community working on nanotechnology projects, formed by scientists and engineers from all over the world.

Conditions of the 2012 INL Scholarship Programme coverage:

● Training Station: INL Campus, Braga, Portugal

● Training offered for 2 months from June 20th to September 30th, 2012 (exact start and end dates will be fixed after the assignation of the Scholarships)

● Projects led by INL Research Fellows and Principal Investigators.

● Accommodation covered by INL.

● Round-trip travel costs from home station to INL covered up to 200 €.

● 400€/month allowance for living costs in Braga.