Nanotecnología

 Por todo el Mundo Antiguo corría la voz de que existían unas espadas tan afiladas que podían cortar un pañuelo de seda flotando en el aire y de una dureza capaz de partir una roca sin astillarse. Abundaban las leyendas que afirmaban que los flexibles aceros de Damasco fueron desarrollados en el continente perdido de Atlantis y que tenían poderes especiales de curación. Se asociaban a grandes conquistadores como Alejandro Magno. El hecho de que los europeos no consiguiesen nunca obtener aceros iguales, ni siquiera a partir de las mismas materias primas, no hizo más que acrecentar la leyenda acerca de este material, símbolo de poder y riqueza, que fue celebrado a lo largo y ancho del mundo hace ya 2000 años.

Figura 1. Espada persa      

La descripción más antigua de estas espadas de la que tenemos constancia data del año 540 de nuestra era, pero algunos indicios permiten aventurar que ya se hablaba de este material hacia 300 AC. Por lo tanto serían contemporáneas con Alejandro Magno. El acero que servía para fabricarlas estaba hecho en la India, donde se denominaba wootz. Se comercializaba en forma de coladas del tamaño de discos de hockey sobre hielo. Las mejores espadas se forjaban en Persia a partir de wootz indio, que se usaba también para escudos y armaduras.

Como en todos los procesos de fabricación de acero, la manufactura de wootz implicaba la extracción del oxígeno del material del hierro, que es un óxido. Para ello se mezclaba el hierro con carbono (en forma de carbón, madera u hojas) y se calentaba: en función de la cantidad de carbono se obtenía un tipo de acero u otro. Los detalles del proceso llevado a cabo por los indios son poco conocidos, como es habitual con los secretos de los fabricantes y artesanos, que pasan de generación en generación. Akihira Miyaira, considerado como el mejor fabricante de espadas japonesas actualmente lo confirma: "Los antiguos sabían dónde ir a por mineral de hierro rico, pero no mantenían registros".

En el paso de forjado, una vez obtenido el wootz, el herrero utilizaba el color que irradiaba el metal caliente como guía para el control de la temperatura en el forjado y el tratamiento. Tampoco sobre esto hay registros y se usa la intuición, más que la lógica, para realizar este paso, que es el más importante de la manufactura.

Los herreros orientales obtenían una calidad excepcional mientras que los europeos fueron incapaces de repetir el proceso y su secreto… hasta hoy, cuando científicos alemanes han detectado nanotubos de carbono en el acero con el que se forjaron las espadas de Damasco, lo que podría explicar perfectamente las propiedades que hicieron legendarias estas armas en tiempos de los cruzados.

   Normalmente en la producción de biodiésel en los EEUU se hace reaccionar aceite de soja con metanol usando un catalizador tóxico, corrosivo e inflamable: el metóxido de sodio. Para obtener el biodiésel a partir de la mezcla química se precisa una neutralización ácida, un lavado con agua y diversas etapas de separación. "Es un proceso tedioso que disuelve los catalizadores de manera que no pueden ser reutilizados", aclara Lin.   Por ello Lin y su equipo comenzaron su búsqueda de una tecnología que permitiera la obtención de biodiésel mediante un proceso más fácil, eficiente y económico. También buscaban tecnologías que permitieran obtener biodiésel de materiales no procesados como aceites de restaurante o grasas de animales - materiales mucho más económicos que el aceite de soja pero que también contienen ácidos grasos que no pueden convertirse en biodiésel por los métodos de producción actuales-. 

    Lin ha desarrollado una nanotecnología que controla con precisión la producción de minúsculas partículas de sílice uniformes. Las partículas, con forma de panel de abeja, pueden cubrirse de un catalizador que reacciona con el aceite de soja para crear biodiésel. También pueden cargarse de manera que fomenten la entrada del aceite de semilla de soja en los canales dónde la reacción tiene lugar. Los resultados incluyen una conversión más rápida a biodiésel, un catalizador que puede ser reciclado y una eliminación de la etapa de lavado en el proceso de producción. Las nanopartículas de Lin pueden ser usadas también como catalizadores para convertir eficientemente las grasas animales en biodiésel creando catálisis óxida mixta con centros activos catalíticos ácidos y básicos. Los catalizadores ácidos en la partícula pueden convertir los ácidos grasos libres en biodiésel, mientras que los básicos convierten el aceite en combustible. Además las partículas son seguras para el medio ambiente ya que están hechas de cálcio y arena."Estamos muy emocionados con esto", admite Lin, "sirve de ejemplo sobre cómo la nanotecnología puede ser útil para hacer avanzar la industria que no pertenece a la alta tecnología". Larry Breeding, el encargado general de las operaciones de biodiésel de la Cooperativa West Central afirma que esta tecnología promete mejorar la eficacia de la producción de biodiésel, pero todavía se necesita testarla a escalas mayores para comprobar si los beneficios económicos siguen ahí, "las pruebas también necesitan determinar si esta tecnología funciona en estado estacionario", puntualiza. "Esta investigación es un verdadero hallazgo para nosotros", admite L. Breeding.

     Se define como biocombustible todo combustible de origen biológico obtenido de manera renovable; se trata pues de combustibles alternativos a los combustibles fósiles. Hoy en día son una realidad y las compañías petrolíferas invierten en plantas: esto es muy significativo ya que si hay un mercado, hay demanda y consumo y consecuentemente beneficios económicos. El biodiesel se obtiene actualmente de sebo animal tratado y de aceites vegetales (soja, colza, girasol, palma…). Las ventajas en su uso son:

-   no altera la cantidad de CO₂, CO, SO₂ e hidrocarburos aromáticos polinucleares que van a la atmósfera

-   nos permite disponer de los combustibles fósiles únicamente como materia prima.

-   globaliza la energía, a diferencia de los combustibles fósiles que están distribuidos puntualmente.

   El biodiésel puede ser mezclado directamente con gasolina diesel, el problema en su obtención radica en el tipo de ácido graso utilizado, es decir en la materia prima de la que se parte. Brasil y EEUU son los países líderes en la obtención de este producto. La planta más eficaz es la palma, pero el biodiésel derivado solidifica a bajas temperaturas.

    Aún así la fabricación de biodiésel es una actividad en auge y muestra de ello son las investigaciones de las que es protagonista directo. Una de ellas es particularmente relevante para nosotros debido a la gran mejora que introduciría en el sector si se consigue, ya que su procedimiento se basa en el uso de nanopartículas. Los investigadores del estado de Iowa trabajan en una nueva catálisis de alta tecnología que elimina parte de la energía, trabajo y productos tóxicos de la producción de biodiésel. Esta tecnología se ha mostrado efectiva en el laboratorio, ahora queda llevar a cabo el cambio de escala a planta industrial piloto con la ayuda de la West Central Cooperative en Ralston (Nebraska). También se trabaja para establecer una compañía que pueda introducir esta nueva tecnología en las biorrefinerías. El equipo de investigación del Estado de Iowa está liderado por Victor Lin, profesor asociado de Química. El equipo cuenta también con George Kraus y John Verkade, ambos profesores de la Universidad de Iowa. Los investigadores forman parte del Centro de Catálisis del mismo estado. El proyecto está financiado por tres subvenciones de 1,8 millones, 120.000 y 140.000 dólares aportadas por el Departamento de Agricultura de los EEUU, el Departamento de Energía y la Fundación Grow Iowa Values, respectivamente.

 En un artículo publicado por Japanese Journal of Applied Physics, Yijan Chen propone un método de fabricación de transistores de efecto campo mediante nanopuntos. Lo novedoso de este artículo es que tiene en cuenta la aleatoriedad del tamaño y de la posición de estas nanoestructuras en su proceso de fabricación.

En la figura está representado un transistor de efecto campo basado en nanopuntos. En él, dos capas de material (fuente y drenador) están conectadas mediante numerosos nanopuntos de material semiconductor. Los nanopuntos sólo conducen la electricidad cuando el material que los rodea (la puerta) está a un potencial que cumple una determinada condición. En la figura se puede observar que los nanopuntos más pequeños no llegan a conectar la fuente y el drenador. Sin embargo, se supone que en cada transistor hay tantos nanopuntos como para asegurar estadísticamente una conexión suficiente.

El material propuesto para realizar el transistor es silicio. Para un transistor tipo n, la fuente y el drenador son capas de silicio muy dopado tipo n y los nanopuntos, silicio dopado tipo p, que cumplen la función de canal. La puerta, que rodea a los nanopuntos, puede ser un metal o poli-silicio muy dopado. La puerta debe estar separada por un dieléctrico del canal, de la fuente y del drenador. En este caso, el dieléctrico más adecuado es el óxido de silicio.

Para fabricar el dispositivo deben darse una serie de pasos detallados en el artículo. En un principio, hay que crecer nanopuntos de silicio sobre una superficie de silicio muy dopado mediante algún método efectivo y fiable. Se pueden usar métodos como el auto ensamblaje o la implantación por haz de iones. Esta parte del proceso es la que más hay que desarrollar. Tras ello, hay que utilizar métodos típicos de la fabricación de los dispositivos de la nanoelectrónica actual que se han desarrollado en las últimas décadas, como son la deposición química de vapor (CVD), el pulido mecánico químico (CMP) y el ataque químico (etching).

Para el cálculo de parámetros importantes del transistor, como el área activa, se supone que el área total del transistor encierra un número muy grande de nanopuntos, cuyos tamaños siguen una determinada distribución de probabilidad. Por tanto, se pueden hallar valores esperables de las características del transistor a través de esta distribución de probabilidad determinada experimentalmente y que dependerá del proceso de fabricación de estas nanoestructuras.

Por otro lado, el autor del artículo desarrolla un modelo de la física del dispositivo. Resuelve la ecuación de Poisson  en el interior de los nanopuntos consiguiendo una solución general analítica. La condición de contorno necesaria es que el potencial en el radio exterior del nanopunto es el potencial de la puerta.

   Los días 28 y 29 de mayo del 2008 se celebrará en Londres (Reino Unido) el congreso Nanotecnología: hacia una reducción de las pruebas con animales, convocado por el Institute of Nanotechnology, fundado en 1994, y The Royal Society.

   Debido a las limitaciones y los costes de la experimentación con animales, además de las enormes cuestiones éticas y morales que este tipo de métodos conllevan siempre, se están llevando a cabo gran cantidad de investigaciones para encontrar alternativas viables y efectivas. En un informe reciente (Toxicity Tetsing in the Twenty-first Century: A Vision and a Strategy) la Academia Nacional de Ciencias Inglesa declara: "Los tests de toxicidad están aproximándose a un punto de inflexión […] Están encaminados a aceptar las ventajas que ofrecen las revoluciones en biología y biotecnología […] Los avances en toxicogenómicos, bioinformática y toxicología computacional, entre otros, podrían transformar los tests de toxicología de un sistema basado en pruebas con animales a uno fundamentado en métodos in vitro". El campo de la nanotecnología está en posición de convertir esta visión en una realidad, de acuerdo con Samantha Dozier, doctora en Investigación sobre Nanotecnología.

   En este congreso se destacarán algunas aplicaciones posibles en el campo de la nanotecnología para reducir los experimentos con animales mientras se mantiene la seguridad para pacientes y consumidores. Entre los temas que se abordarán figuran:

• una revisión de algunos de los modelos in-vitro más prometedores basados en células humanas
• sistemas novedosos de laboratorio en un chip y de sistemas de biorreactor para estudios de detección, de toxicología y de reconocimiento
• modificación de la superficie a nanoescala con el fin de mejorar los biosensores y los sistemas de prueba in-vitro
• nuevas estrategias posibles para aplicar la nanotecnología a alternativas
• la función del Centro Europeo para la Validación de Métodos Alternativos (CEVMA)

   Como podemos observar, se cuenta con la presencia de científicos tan eminentes como Antonio A. García, Director del Centro Hispano de Investigación y profesor de Bioingeniería en la Fulton School of Engineering de la Universidad de Arizona, Béatrice Schaack de la Comisaría de la energía atómica (CEA) de Grenoble, Ken Donaldson de la Universidad de Edinburgo y Anna Price del Centro Europeo para la Validación de Métodos Alternativos (ECVAM), entre otros.

   Cabe destacar que, como se indica en la conferencia Nanodevices: where animal tests fail to meet testing needs, la experimentación con animales conlleva numerosos problemas, por lo que, como aseguran muchas organizaciones ecologistas, no se trata de pruebas infalibles e irremplazables. En efecto nos encontramos con que la reacción del espécimen en estudio ante un agente externo puede ser diferente a la de un paciente humano, por ejemplo.

   Uno de los aspectos en los que más ahonda este congreso, en conferencias como Molecular Diagnostics Using A Simple Drop of Biological Fluid, Toxicity Assays in Nanodrops combining Bioassay and Morphometric Endpoints o An In Vitro Human Tissue Equivalent Model of Respiratpry Epithelia for Toxicological Screening of Inhaled Nanoparticles; es en la reproducción de tejidos celulares o medios fisiológicos con el uso de la nanotecnología. Por ejemplo, en el proyecto TOXDROP se ensaya una tecnología de célula en chip, para el estudio de toxicología usando células cultivadas en nanogotas. Un primer prototipo de este proyecto está constituido por una superficie de vidrio con áreas hidrofílicas e hidrofóbicas adaptadas para la precisa posición de las gotas de 500 micrometros de diámetro. Cada gota contiene 100 células, disponiendo de 100 gotas por cm². Cada gota es independientemente detectada y analizada con la ayuda de programas bioinformáticos.

   Otro proyecto interesante es el desarrollo de un nuevo método microfluídico basado en campos magnéticos para controlar el movimiento de las gotas en superficies superhidrofóbicas mediante la introducción en el líquido de nanopartículas magnetizables. Las medidas electroquímicas en estas gotas son muy precisas, lo que hace posible el uso de una sola gota de sangre de la cola de un ratón en lugar de sacrificar al animal debido a la gran cantidad de muestra necesitada para llevar a cabo la amplia variedad de análisis moleculares necesarios.

   Podemos concluir que la tendencia, a la vista de la celebración de congresos como éste, parece estar encaminada a la disminución de las pruebas en animales de productos, técnicas o afines en cualquier rama de la ciencia.

Algunas contribuciones al congreso pueden encontrarse en estas direcciones:

http://www.nano.org.uk/conferences/alt_Animals/abstracts/Bhogal.htm

http://www.nano.org.uk/conferences/alt_Animals/abstracts/Schaack.htm

http://www.nano.org.uk/conferences/alt_Animals/abstracts/Garcia.htm

     Muchos autores e investigadores aseguran que es más preciso tratar la nanotecnología más como una amplía tecnología que afecta a muchos campos, análogamente a los plásticos o la electricidad por ejemplo,  que  como una única tecnología.

     Uno de los campos que más se verán beneficiados es, tanto por su crucial importancia como por el capital puesto en juego, el mundo de la alimentación. Los objetivos de la nanotecnología en este campo son varios: por un lado se pretende mejorar el producto de partida, y por el otro el transporte y la posterior transformación de éste. No obstante, como suele ocurrir ante los nuevos productos, la población se muestra recelosa y reclama una regulación estricta y protectora.

     La nanotecnología alimentaria está todavía en fase de "despegue". Aún así, ya se han alcanzado numerosos éxitos en la fase experimental que auguran un enorme futuro a este sector.

     El uso de esta tecnología se inicia en la misma obtención de los productos: nanosensores localizados en distintos puntos del cultivo son capaces de informar sobre las carencias o necesidades de éstos; existen nanochips identificadores de animales y nanopartículas medicamentales que administradas a los animales les permite encontrarse en perfecto estado de salud. Igualmente, se han conseguido progresos en los cambios morfológicos de los alimentos y en sus propiedades físico-químicas. Por ejemplo, estudios en soluciones de biopolímeros, geles y filmes usando nanotecnología pueden incorporar moléculas individuales y ello puede tener impacto en nanosensores, notablemente en azúcares naturales y proteínas de cadena larga.

     Por otra parte, parte de las investigaciones están siendo orientadas a la creación de nuevos agregados a los alimentos en términos de remedios, vitaminas, antibacterias,… En África por ejemplo se ha usado la nanotecnología para mejorar los problemas nutricionales de la población mediante la microencapsulación de nutrientes. Se agregó a la sal común vitamina A, hierro y yodo sin alterar las características organolépticas del cloruro sódico, mediante técnicas de manipulación atómica. El color, olor y sabores son idénticos a la sal no tratada. Los resultados son esperanzadores: se redujo significativamente la anemia y el bocio en niños marroquíes en edad escolar.

     La nanotecnología afecta también al agua, fundamental para la vida tal y como la concebimos. Se han desarrollado nuevos materiales a partir de nanopartículas que actúan como catalizadores hiper-eficientes en la desinfección de las aguas. Además, se han desarrollado una nueva gama de nanofiltros con una eficacia casi del 100% para los contaminantes más comunes. Ambos avances van a afectar de manera considerable tanto al uso del agua como a su reutilización.

     Una vez obtenido el producto, nos interesa su conservación. Tenemos dos campos de acción: tratar el producto en sí o desarrollar envases protectores. La primera opción es la que han puesto en marcha, por ejemplo, las industrias chocolateras. Para prevenir la oxidación del producto debido a la recristalización de la mantequilla del cacao el suizo Windab desarrolló en 1990 una técnica innovadora llamada semilla pre-cristalizada. Estudiando la estructura de los cristales de grasa del cacao, fue capaz de crear una estructura más densa y cristalina que permite una reducción considerable del proceso de oxidación del chocolate, alargando su duración sin afectar a la calidad, consistencia, sabor, olor u otras propiedades. La nanotecnología interviene de manera indispensable en el proceso de cristalización.

     Por otro lado, la empresa inglesa Científica ha descrito la nanotecnología como una nueva alternativa para crear envases de gran calidad y de mejor uso por parte de los consumidores. Éstos interactúan con los productos que contienen preservando la calidad, pudiendo detectar contaminante peligrosos cambiando de color, intercambiando alimentos difíciles de digerir por otros de fácil digestión o introduciendo nano-aditivos al producto final. Empresas como Nestlé, Kraft o Heinz ya invierten en investigación siendo 150 el número de productos nuevos con posibilidad de ser lanzados al mercado próximamente. El hecho de que grandes multinacionales se interesen en invertir en un campo nuevo muestra que se trata de un terreno rentable y próspero.

     Pero la nanotecnología no se restringe únicamente al mundo de los alimentos y sus envases sino que también tiene cabida en el mundo de la cocina. Como indica Jack Uldrich en su artículo Nanotechnology and the Kitchen & Bath of Tomorrow, esta nueva tecnología pretende tener grandes aplicaciones en el mundo de los electrodomésticos. Así pues, no es tan disparatado imaginar una cocina dónde cartones de leche con sensores incorporados nos comunican a través del frigorífico que está próxima la fecha de caducidad y que es necesario comprar un nuevo cartón. Pero no se avanza únicamente en desarrollar electrodomésticos innovadores por el confort que proporcionan: se investigan otros campos como frigoríficos con mayores propiedades antibacterianas por ejemplo.

     Como siempre, ante avances tan revolucionarios existe resistencia por parte de algunos sectores conservadores de la sociedad. Uno de los mayores retos para las empresas es realizar una campaña de concienciación que evite comparaciones como las que actualmente se llevan a cabo entre la nanotecnología y los productos transgénicos. Un estudio realizado en Alemania por el Instituto de Estimación de Riesgos en 2006 confirmó que los consumidores rechazan nuevas tecnologías y exigen más información sobre definiciones, procesos y más investigación. La EFSA (Autoridad Europea para la Seguridad Alimentaria) propondrá en julio un código básico de conducta para las investigaciones. Para algunos es una medida justa aunque de nuevo sectores conservadores reclaman aún más rigidez y control.

Para ampliar la información puede visitar:

http://www.euroresidentes.com/Blogs/noticias/2005/11/nanotecnologa-en-la-cocina-y-el-bao.html

http://www.gastronomiaycia.com/2008/02/14/nanotecnologia-en-la-alimentacion-es-necesaria-una-regularizacion/

http://www.dimarkin.com/

   Últimamente se están desarrollando distintas aplicaciones para este tipo de nanomateriales. Por ejemplo, se han creado nanoláseres de nanohílos de ZnO y GaN. Estos nanohílos pueden funcionar como medio activo y como microcavidad láser emitiendo en el rango ultravioleta y a temperatura ambiente.¿Por qué se buscó reducir el tamaño del material? Se sabía que el ZnO era capaz de emitir luz en el rango ultravioleta (intervalo de energías prohibidas = 3.3eV). Sin embargo, al ser esta zanja de energías prohibidas tan ancha, se necesitaba una elevada concentración de portadores para alcanzar suficiente ganancia óptica. Podríamos recurrir a la recombinación excitónica, que es un proceso radiativo más eficaz, con un umbral de emisión estimulada mucho menor. La energía del excitón debe ser mucho mayor que la térmica a temperatura ambiente. En el caso del ZnO la energía de enlace del excitón es de 60 meV. Pues bien, al utilizar el material semiconductor con tamaño nanométrico, aumenta la densidad de estados en los bordes de banda y también la recombinación radiativa, debido a los efectos de confinamiento cuántico.

Generalmente el crecimiento de estos nanohilos se realiza sobre sustratos de zafiro o silicio mediante un proceso en fase vapor a través de un crecimiento epitaxial catalizado por películas delgadas de oro (aunque también existen otros métodos). Puede conseguirse que estos nanohílos crezcan orientados verticalmente en las zonas cubiertas por oro. El tamaño depende del tiempo de crecimiento y oscila entre 20-150 nm de diámetro y de 2-10 µm de largo. Tienen la sección trasversal hexagonal y al estar bien facetados tanto lateralmente como en las caras superior e inferior favorecen su uso como cavidad resonante.

Otra aplicación de los nanohílos de ZnO es la de funcionar como generadores de corriente eléctrica aprovechando sus propiedades piezoeléctricas y semiconductoras. Podrían sustituirse las baterías actuales, mucho más voluminosas, y crear dispositivos más pequeños. Un buen desarrollo llegaría a convertir la energía mecánica del movimiento del cuerpo, la contracción muscular o corrientes de fluidos en electricidad. Los nanogeneradores utilizan la electricidad producida al doblar y liberar los nanohílos de ZnO. Para obtener energía suficiente para alimentar un dispositivo nanométrico deben construirse series ordenadas un gran número de estos nanohílos. Además de poder usar estos dispositivos dentro del cuerpo, puesto que el ZnO es biocompatible, también podrían usarse allí donde exista una fuente de energía mecánica.

Estos nanohílos pueden funcionar tanto en soportes de cristal como en superficies flexibles (polímeros) y pueden doblarse hasta 50 º sin romperse.

También se han conseguido desarrollar prendas de vestir con estos nanomateriales capaces de abastecer de energía pequeños dispositivos portátiles. Por ejemplo, el ejército ha usado este tipo de tecnología para los trajes de los soldados. Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia propusieron utilizarlos con finalidad médica, podrían implantarse dentro del cuerpo humano y servir como fuente de alimentación de marcapasos o válvulas gracias al movimiento muscular.

Algunos ejemplos de Nanobiotecnología: 

• Poder celular: Ya existe una nano máquina sumamente compleja y que opera con un motor, construida por Carlo Montemagno (de la Universidad de California en Los Ángeles). En ella una proteína que actúa como motor giratorio de la célula de una bacteria y la conectó a un “nano propulsor”, un cilindro metálico de 750 nm de largo y 150 nm de ancho. El motor biomolecular fue alimentado por el trifosfato de adenosina de la bacteria, (conocido como ATP, la fuente de energía química de las células) y pudo rotar el nano propulsor a una velocidad promedio de ocho revoluciones por segundo. 

• Plástico vivo: Investigadores de materiales en varias partes del mundo están tratando de perfeccionar la manufactura de nuevos tipos de plásticos, produciéndolos por biosíntesis en vez de síntesis química: los nuevos materiales son “cultivados” por bacterias en vez de que los científicos los mezclen en batidoras en sus laboratorios. Pueden conducir hacia el desarrollo de plásticos a partir de fuentes no petroquímicas, revolucionando una importante industria multinacional.

• Glóbulo olímpico: el investigador Robert Freitas está desarrollando un glóbulo rojo artificial capaz de transportar 236 veces más oxígeno hacia los tejidos de lo transportan los glóbulos rojos naturales.24 El glóbulo artificial, llamado “respirocito” mide un micrón (1000 nanómetros) de diámetro y cuenta con una nano computadora integrada, que puede ser reprogramada a control remoto mediante señales acústicas externas.  

Nanobiotecnología: ¿Cuáles son sus implicaciones?  Parece claro que la nanobiotecnología tiene la posibilidad de mejorarar el ambiente y contribuirá al bienestar de la humanidad —especialmente en los sectores alimentario y farmacéutico. Ejemplo de ello es la empresa subsidiaria de Kraft, Philip-Morris, con valor de 34 mil millones de dólares, que ya en 1999 estableció el primer laboratorio de nanotecnología alimentaria de esa industria. En el 2000, Kraft lanzó el consorcio NanoteK, involucrando a 15 universidades y laboratorios de investigación pública, para que se ocuparan de la investigación básica para la tecnología alimentaria. Lista o no, la nanotecnología está en camino. La revolución nanotecnológica está evolucionando silenciosamente más allá del espectro de las regulaciones gubernamentales debido a que las tecnologías nanoescalares pueden aplicarse a prácticamente todos los sectores industriales, ningún organismo regulador tiene directrices sobre ésta. Es necesario, ante todo este avance plantearnos preguntas tales como ¿qué impactos podrían tener las nanopartículas flotando en el ecosistema, o en nuestros alimentos o nuestros cuerpos? ¿Qué pasa si las nanopartículas creadas por humanos son lo suficientemente pequeñas como para que burlen nuestro sistema inmunológico y se introduzcan en las células vivas? ¿Quién las controlará? ¿Los gobiernos no deberían aplicar el Principio Precautorio?.  En este sentido el Grupo de Acción sobre Erosión, Tecnología y Concentración, Grupo ETC, que se dedica a la conservación y desarrollo sustentable de la diversidad cultural y ecológica y a la promoción de los derechos humanos, ha mostrado su preocupación.

Es el otro lado de la ciencia, al igual que la nanobiotecnología es capaz de proporcionar soluciones a enfermedades y facilitarnos la vida, nos puede llevar por el camino armamentístico, esperemos que en el futuro (ya el presente) seamos capaces de orientar esta enorme fuerza por el camino del bienestar.    

El impacto más importante de las tecnologías a nano escala podría resultar de la fusión de la nanotecnología y la biotecnología: una nueva disciplina apenas reconocida, llamada nanobiotecnología, que ya tiene su impacto, como por ejemplo en Estados unidos donde una quinta parte de los negocios nanotecnológicos en los Estados Unidos (el 21%), usa nanobiotecnología para desarrollar productos farmacéuticos, sistemas de administración de medicamentos dentro del cuerpo y otros productos relacionados con la atención de la salud, teniendo en cuenta la creciente inversión en nanotecnología (La NSF predice que el mercado de los productos nanoescalares alcanzará un billón de dólares por año para el 2015), la inversión en esta nueva disciplina es considerable.

Nanobiotecnología: nanotecnología + biotecnología

La nanotecnología es la manipulación de átomos y moléculas para crear nuevos productos. En la nano escala, donde los objetos se miden en millonésimas de milímetro, se difumina la frontera entre lo vivo y lo no vivo. A nano escala, el comportamiento de átomos individuales está regido por la física cuántica. Aunque la composición química de los materiales permanece igual, las partículas nanométricas frecuentemente presentan propiedades muy diferentes e inesperadas. Características fundamentales de la fabricación, tales como el color, la resistencia, la conductividad eléctrica, el punto de fusión, —propiedades que usualmente consideramos en los materiales— pueden cambiar por completo a nano escala.

En sus inicios, los entusiastas de la biotecnología prometieron cultivos con enorme resistencia a enfermedades, con tolerancia a la sequía y cultivos autofertilizables. Los primeros productos genéticamente modificados aparecieron a mediados de 1990, fueron variedades de plantas tolerantes a herbicidas —semillas transgénicas capaces de sobrevivir a los baños de agrotóxicos de alguna corporación. La industria agroquímica reconoció que es mejor negocio adaptar las plantas a los químicos que adaptar los químicos a las plantas (Se deben invertir cientos de millones para lograr que un nuevo agrotóxico pase el laberinto regulatorio y pueda ser comercializado). La industria biotecnológica descubrió recientemente que los cultivos transgénicos pueden ser “fábricas vivientes” para la producción de proteínas terapéuticas, vacunas y plásticos, de una forma más barata y eficiente que construir costosas instalaciones fabriles. Sin embargo no resuelven un grave y persistente problema: que los organismos transgénicos vivos son difíciles de controlar o contener. Un ejemplo de ello ocurrio en Iowa, conde se descubrió que residuos del maíz farmacéutico diseñado para producir una vacuna para cerdos, había contaminado 35 327 litros de frijoles de soja.

Los investigadores de la nanotecnología acuden cada vez más al mundo biomolecular para aprender sus estrategias y para obtener materias primas. La maquinaria de la naturaleza puede brindar el camino para la tecnología de construcción atómica precisamente porque los organismos vivos son capaces de autoensamblarse y en ese sentido son máquinas autorreplicantes ya listas. A la manipulación a nivel nanoescalar que busca fusionar a nano y bio para que la materia inerte y la materia viva sean compatibles y/o intercambiables, se le denomina nanobiotecnología.

Fusiones y adquisiciones: Cuando los ámbitos de lo viviente y lo inerte se fusionen en la nanotecnolgía, ocurrirá de dos formas. La materia biológica será extraída y manipulada para desempeñar funciones de máquina como por ejemplo adaptando partes de virus y bacterias. Y viceversa, se utilizará material no biológico dentro de los organismos vivos para desempeñar funciones biológicas. Los investigadores esperan mezclar lo mejor de ambos mundos, buscan combinar las capacidades de la materia no biológica (como la conductividad eléctrica, por ejemplo) con las capacidades de ciertos tipos de material biológico (autoensamblaje, autorreparación y adaptabilidad, por ejemplo). En la macroescala, los investigadores están ensamblando organismos biológicos para funciones industriales miniaturizadas. Por ejemplo en la Universidad de Tokio cuentan con cucarachas que se pueden controlar por control remoto mediante microchips implantados para localizar víctimas en los desastres.

En 2005 en la Universidad de Pensilvania un grupo de investigadores el grupo dirigido por Craig Grimes, han perfeccionado un sistema para obtener hidrógeno como combustible a partir de luz solar y nanotubos de dióxido de titanio.

El mecanismo es sencillo, basta añadir agua a estos nanotubos y la luz solar al iluminarlos provee de la energía necesaria para que los nanotubos dividan el agua en hidrogeno y oxígeno. Con una formación muy ordenada de nanotubos y luz ultravioleta la eficiencia en la conversión es del 13.1%. Este rendimiento es lo suficientemente bueno como para que el proceso sea rentable económicamente. Lo único que hay que mejorar es la respuesta en frecuencia, pues la luz ultravioleta es sólo una parte del espectro solar, y sería imprescindible hacer que el sistema operase también en luz visible. Una manera muy conocida de conseguir esto es añadir un tinte que hace las veces de “intercambiador de frecuencias”.

Las formaciones ordenadas de nanotubos de dióxido de titanio ya demostraron su eficacia en células solares productoras de electricidad cuando actúan como electrodo negativo junto con un tinte. Este tipo de célula tiene la ventaja de que es muy barata en comparación con las habituales de silicio cristalino.

Según los autores las formaciones de nanotubos de titania proveen de un excelente camino para la percolación de electrones, funcionando como “autopistas de electrones” cuando son iluminados. Los resultados sugieren que las células solares de tinte basadas en nanotubos de titania pueden ser altamente eficaces con solo alargar la longitud de dichos nanotubos usando un tinte altamente eficiente

No sólo se queda aquí la investigación sino que también podemos encontrar nuevos diseños de paneles solares basados en nanotecnología, como por ejemplo

- una matriz de nano-torres constituidas por nanotubos de carbono, son tridimensionales y producen una cantidad 60 veces superior de electricidad que las células solares comunes

- paneles solares de silicio en una disposición esférica, los cuales siguen teniendo sólo un 12% de eficiencia, pero sólo tienen una quinta parte silicio, lo que hace que se reduzcan los costes, además necesitan la mitad de energía que los paneles solares convencionales para fabricarse.

- diseño en forma de nano escamas, que tienen el potencial de convertir hasta el 30 por ciento de la luz solar en electricidad (el doble del rendimiento habitual), se reducen los costos de producción porque se usa poco silicio en el proceso.

En un artículo del Wall Street Journal titulado "Solar Power Heats Up" ya se habla de como las células solares no sólo han llegado a ser más eficiente durante los últimos años, sino que combinadas con unos costes de instalación más bajos y una variedad de exenciones de impuestos, la economía de las células solares ha cambiado de la forma en la que prefieren los consumidores.