Nanotecnología

Por Gurkhy

Es lógico pensar que a medida que la nanotecnología se acerca al consumidor general, éste comience a mostrar cierta curiosidad por los beneficios, y sobre todo por los riesgos que puede suponer para él. El desconocimiento sobre la materia no ayuda mucho a la integración de la nanocomida en la vida cotidiana.

Según el artículo "The Development of regulations for food nanotechnology" (2007) el riesgo que implica la nanotecnología aplicada a la comida está aún por evaluar y no se tienen datos (a fecha de publicación del artículo) concluyentes en muchos campos. Adelantándose a una regulación definitiva y unos datos fiables, el Comité de seguridad Química de la Sociedad Americana de Química ha publicado unas guías y recomendaciones para el apropiado manejo de nanomateriales en el laboratorio.Los autores plantean tres posibles rutas de entrada en el organismo humano para las nanopartículas:

Exposición Dérmica

El impacto de los nanomateriales en el cuerpo depende de su habilidad para penetrar a través de las capas externas protectoras y alcanzar la epidermis o la dermis. Por ejemplo, ciertas microesferas fluorescentes pueden penetrar hasta alcanzar la dermis, mientras que nanopartículas de dióxido de titanio con un diámetro de unos 20 nm podrían llegar a traspasar la piel e interactuar con el sistema inmune.

Hay, no obstante, muy poca información sobre los peligros de los nanomateriales que entran en contacto con la piel, y estas discusiones, a fecha del informe, son meras especulaciones.

Inhalación

Cualquier material sólido con un diámetro de menos de 10 micras puede pasar a través de la cavidad nasal y alcanzar los pulmones. Partículas más pequeñas que 4 micras tienen grandes posibilidades de penetrar en la región alveolar. Cuánto más pequeña es una partícula, más probabilidades tiene de penetrar más profundamente en los pulmones. El tamaño de la partícula, su masa, la composición química y los cocientes de adhesión determinan su toxicidad pulmonar o sus efectos patogénicos.

Cuando se inhalan ciertas partículas (por ejemplo dióxido de titanio, nanotubos de carbono, etc.) se pueden acumular en los pulmones e inducir enfermedades crónicas como inflamación pulmonar, neumonía, granuloma pulmonar, etc. Una vez la partícula ha alcanzando el torrente sanguíneo es capaz de llegar al cerebro. No obstante, hasta el momento del informe no se han llegado a conclusiones definitivas sobre la toxicidad considerando únicamente el tamaño de las nanopartículas.

Ingestión

El tamaño de la partícula y el área superficial son características importantes de un material desde una perspectiva toxicológica. Las nanopartículas pueden prolongar drásticamente el tiempo de permanencia de ciertos compuestos en el tracto gastrointestinal haciendo disminuir la eficacia de los mecanismos de depuración y protección internos. Algunas nanopartículas son capaces de penetrar profundamente en los tejidos a través de los capilares más finos, permitiendo la absorción efectiva de compuestos en ciertos objetivos del organismo, adentrándose así en el campo de la nanomedicina. Partículas mayores que una micra son incapaces de penetrar a través de la mucosa intestinal, pero las nanopartículas se encuentran por debajo de este tamaño.

Los potenciales riesgos de la nanotecnología aplicada a la comida están aún por determinar, ya que en la propia naturaleza encontramos numerosas nanopartículas sin intervención alguna del hombre: proteínas y polisacáridos son ejemplos de ello. Aún permanece indeterminado si las propiedades físicoquímicas de los nanomateriales implicarán nuevos mecanismos y daños impredecibles al cuerpo humano.

Por otro lado, la reducción de las dimensiones de los materiales a escalas nanométricas no tiene porqué ser necesariamente perjudicial. Algunos estudios muestran que ciertas substancias típicamente tóxicas, como por ejemplo el selenio, muestran menos toxicidad cuando se reducen a tamaño nanométrico. Los nanotubos de carbono puros administrados en la tráquea de ratones producen la muerte inmediata, mientras que si se dopan con nitrógeno se reduce su peligrosidad.

Enlaces de interés

Artículo "The Development of regulations for food nanotechnology", Chi-Fai Cahu, Shiuan-Huei Wu, Gow-Chin en (2007):

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VHY-4N1466T-3&_user=885410&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_acct=C000047353&_version=1&_urlVersion=0&_userid=885410&md5=e44997daa37d14e2b0e479fc83ed707f

El proyecto CORDIS ofrece una amplia lista de referencia sobre seguridad en la nanotecnología:

http://cordis.europa.eu/nanotechnology/src/safety.htm

Podemos encontrar un informe del proyecto CORDIS, "Particle Risk", en:

ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/nanotechnology/docs/particle-risk.pdf

El portal Nanosafe ofrece grandes cantidades de información sobre este campo:

http://www.nanosafe.org

Por Iker Olaeta

En pocos años, esta nueva tecnología, sobre la que se está levantando toda una industria, ha desembarcado en el mundo del automóvil. Sus aplicaciones todavía se limitan a un par de campos pero, en unos años revolucionará nuestro modo de vida. Así queda recogido en un informe de la compañia "Frost & Sullivan" en el que se hace un balance de las perespectivas de la nanotecnología en la automoción.

Productos de limpieza y mobiliario con capas de nanocompuestos con propiedades anti-bacterianas, en los últimos años estos productos han llegado a nuestros hogares y ya lo están haciendo a los coches. Pocos saben que la tapicería del nuevo Opel Insignia tiene una capa protectora a base de nanopartículas, que la hacen resistente a todo tipo de manchas. Sí, también a las de aceite, tomate, tinta o café.

BMW trabaja en la fabricación de coches que se limpian solos y que recargan la batería cuando están aparcados gracias a una pintura construida como minúsculas células solares. Merced a la aplicación de la nanotecnología a la industria del automóvil, informa Tecnologías Científicas, los nuevos prototipos estarán dotados de parabrisas que regulan la luz y con retrovisores que reducen hasta un 80% la iluminación de los otros vehículos. La nanotecnología permitirá también dotar a los vehículos de nanosensores capaces de detectar moléculas de hielo en la carretera, y de filtros con nanoporos que reduzcan la contaminación y el consumo de combustible. A más largo plazo será posible incluso comprar un coche con nanopartículas que se autoensanblen solas, átomo a átomo, cuando el vehículo esté en nuestro jardín, a la medida de nuestros sueños.

Por: Manuel López Ponce

Físicos de la Universidad de Illinois, con la colaboración de instituciones científicas de Arabia Saudí, han descubierto que poniendo una fina película de nanopartículas de silicio sobre células solares, también de silicio, mejora su captación de energía.

El principal problema de las células solares del mercado es su adaptación al espectro solar. Los fotones que llegan del Sol tienen diferentes energías. Nuestra célula sólo producirá pares e-h, y por tanto fotocorriente, con fotones de un determinado rango de energías. Los que no sean capaces de producir pares, o tengan energía mucho mayor que el gap, sólo generarán calor, haciendo disminuir la eficiencia de nuestro dispositivo. Así, lo que nos interesa es tener un gran intervalo de absorción de energías para poder producir más fotocorriente.

Estos científicos han logrado mejorar la captación de energía en el ultravioleta en un 67 % y hasta en un 10 % en el visible. El método que han seguido consiste en depositar sobre la célula una película de nanopartículas de Si capaces de captar este tipo de luz. Munir Nayfeh, uno de los autores de la investigación, ya observó que la luz ultravioleta podía acoplarse a diferentes nanopartículas de tamaños determinados, ya que dependiendo de este tamaño son fluorescentes en diferentes colores, tal y como publicó en el artículo "Thin film silicon nanoparticle UV photodetector".

Estas nanopartículas son fabricadas por un método desarrollado por ellos. Una vez fabricadas son distribuidas por la célula en una disolución de alcohol isopropilo. Tras evaporarse el alcohol, las nanopartículas quedan muy bien adheridas a la célula.

Con nanopartículas de 2,85 nm de tamaño se han conseguido mejoras en un 67 % en la franja ultravioleta y un 10 % en el visible, mientras que con nanopartículas de 1 nm las mejoras son de un 60 % en el ultravioleta y un 3 % en el visible.

Este trabajo ha sido publicado en Applied Physics Letters con el nombre "Enhancement of polycrystalline silicon solar cells using ultrathin films of silicon nanoparticle".

La gran importancia de este trabajo es que no sólo produce una mejora en el rendimiento de las células solares convencionales, sino que el método de deposición de nanopartículas puede ser adaptado al proceso industrial con facilidad y poco coste adicional.

Otros enlaces de interés

- Página de la Universidad de Illinois donde se refleja el descubrimiento.

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-08/uoia-sne082007.php

- Vídeo del U.S. Department of Energy Photovoltaics Program donde se explica de manera sencilla el funcionamiento de una placa solar convencional.

http://www.youtube.com/watch?v=x2zjdtxrisc

- Página dedicada a noticias sobre energía solar.

http://www.solardaily.com/

Por Alberto Rosa  

La compañía Delphi, filial de la General Motors es la empresa que ha diseñado estos amortiguadores.

Audi está utilizando en la actualidad este método de suspensión en varios modelos de gama alta como el nuevo audi R8.

Audi MageneticRide se basa en un principio magneto-reológico. Un fluido magnetoreológico es muy especial ya que mediante la aplicación de un campo magnético podemos cambiar su comportamiento reológico, es decir cambiamos el punto de fluidez del material haciéndolo que se vuelva un semisólido, esto se puede hacer debido a que el fluido esta compuesto por partículas magnetizantes suspendidas en un liquido portador que al polarizarse las particulas se alinean con el campo produciendo una estructura tipo cadena que cambia su composición final.

En un campo magnético, las nanoparticulas de hierro suspendidas en el fluido se alinean en la dirección del fluido magnético. La bobina electromagnética se integra en el pistón de amortiguación de tal forma que cuando recibe energía el fluido magnético se mueve transversalmente a los puertos de admisión en el pistón amortiguador. Si el pistón se mueve, las partículas de hierro alineadas crean una resistencia al flujo en el fluido de suspensión.La energía se controla en relación con la dinámica de conducción y los impulsos desde la carretera, consiguiéndose una situación óptima de amortiguación. Ello produce � � según el deseo del fabricante� �  un tacto más confortable o un manejo más deportivo.Al no tener que mover partes mecánicas, la tecnología Delphi responde de forma extremadamente espontánea. La fuerza de amortiguación sólo depende de la potencia aplicada al fluido magneto-reológico y se puede ajustar hasta 1,000 veces en un segundo gracias al control variable de la potencia. Ello significa que los amortiguadores magneto-reológicos responden casi en tiempo real con gran sensibilidad a los impulsos desde la carretera. El control del sistema cerrado con los algoritmos Skyhook asegura el mayor contacto posible entre la rueda y la carretera sobre superficies irregulares con los menores impulsos a la carrocería. Ello significa que el Audi R8 con Magnetic Ride tiene la mayor dinámica de conducción y confort posibles.Para Audi, la baja demanda de energía del sistema es otra ventaja. Como media, un amortiguador requiere sólo 5 vatios de capacidad eléctrica (25 vatios de máxima). Desde la compañía se incide en que este nuevo sistema de amortiguación permitirá a los conductores disfrutar de la conduccion tanto en autopistas como en carreteras secundarias o ciudades.                          

Por Esther Lozano 

En principio puede resultar un tanto extraño relacionar las pasarelas de moda con un avance tan solemne en cuanto a ciencia se refiere. Estamos acostumbrados a asociar nanotecnología con complicados aparatos electrónicos como transistores, láseres, LED, células solares, sin embargo actualmente esta disciplina alcanza límites insospechados tratando con campos tan diversos como en este caso la moda.

En la revista Sciencedayly apareció publicado un artículo el 7 de Mayo de 2007, el cual informaba acerca de un nuevo tejido formado por nanopartículas de plata, oro y paladio consiguiendo una prenda que no hay que lavar que resiste la acción de virus pudiendo evitar resfriados y gripe, destruye los gases dañinos y protege al que la lleva del smog y la contaminación del aire y cambia de color tela que frena la acción de los virus y las bacterias, cambia de color, por lo que además promete revolucionar otros campos, como el de la salud. 

Este trabajo ha sido llevado a cabo por profesionales de distintas áreas, por una parte la diseñadora Olivia Ong (Department of Fiber Science and Apparel Design del College of Human Ecology), y por la parte científica el profesor colombiano Juan Hinostroza y su investigador postdoctoral Hong Dong (Universidad de Cornell). Entre las prendas fabricadas están un vestido de oro y una chaqueta tejana metálica que fueron presentadas en el desfile de moda de la Cornell Design League, no obstante también forman parte de esta colección pantalones, abrigos y hasta una bufanda que ayuda a proteger cara y cuello de posibles infecciones.

Los científicos explicaron que el único color que presentan estas prendas es debido a la disposición de las nanopartículas sobre el textil así como su tamaño, dependiendo de estos dos parámetros la luz se refleja de distinta forma aportando colores vistosos. El método de fabricación de los tejidos se llevó a cabo empapando los mismos en disoluciones que contenían las nanopartículas anteriormente citadas y previamente sintetizadas en el laboratorio de Hinostroza. 

En cuanto al vestido se refiere, la capa superior contiene algodón cubierto por nanopartículas de plata. En primer lugar, Dong, induciendo un proceso de ionización, mediante reacciones entre grupos epoxi y amonio consigue tener las fibras de algodón cargadas positivamente. Posteriormente al sumergir el algodón con carga positiva en la disolución de nanopartículas de plata con carga negativa se produce la adhesión de las mismas a las fibras de algodón. 

La nanociencia una vez más nos sorprende, la plata posee unas cualidades antibacterianas que se ven potenciadas a nanoescala, proporcionando defensa ante numerosos virus y bacterias dañinos. 

Otra de las prendas diseñadas, una chaqueta tejana, fue fabricada de la misma forma que el vestido, las fibras de algodón cargadas positivamente se ponen en contacto con cristales de paladio (5-10 nm de largo) cargados negativamente. La chaqueta protege de la contaminación del aire o polución de las grandes ciudades pudiendo resultar de gran beneficio a personas con alergias. 

Aunque ya hay muchas compañías de moda interesadas en este tipo de tejidos, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos también parece interesado en la inversión del desarrollo de este tipo de telas en aplicaciones militares. 

Estas prendas de algodón con super cualidades jamás vistas tienen ciertos inconvenientes, sobre todo su precio, ya que unos 90 cm² cuestan alrededor de 10000 dólares (unos 7400 euros). Es posible que el elevado valor añadido que presentan se deba a lo complicado que es manipular estos diminutos materiales, se necesitan equipos muy sofisticados y costosos para trabajar con ellos pues no superan los 100 nanómetros. Si usted no está familiarizado con esta escala sepa que un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro.

Fig1.- La parte superior del traje está hecha de algodón recubierto de nanopartículas de plata que desactivan bacterias y virus. La capucha, las mangas y los bolsillos de la chaqueta contienen nanopartículas de paladio que actúan como diminutos conversores catalíticos para acabar con los componentes dañinos de la polución.

Por Marta Valien  

 En unas jornadas de nanotecnología que se han celebrado recientemente se ha expuesto un estudio realizado por D. Jose Serafín miembro del centro ICMM-CSIM  de gran interés científico. Si partimos del concepto de material compuesto como aquel en el que el objetivo es la combinación de materiales para obtener determinadas propiedades que no poseen individualmente, podemos extrapolar dicho concepto al mundo de las nanopartículas y las mejoras mecánicas, térmicas, ópticas, etc. que se obtienen son impresionantes.

   Un ejemplo es la obtención de nanopartículas de óxido de circonio a partir de un tratamiento térmico de alcóxido de circonio en que se elimina la parte orgánica. Dichas partículas pueden ser depositadas en la superficie de una alúmina convencional duplicando, prácticamente la tensión límite que puede sufrir este material, incluso  cuando el volumen de ocupación de estas nanopartículas es de tan sólo un 1.7% .  La idea principal de este tipo de combinaciones es aumentar la tensión límite para poder obtener materiales superduros con aplicaciones, por ejemplo para prótesis que necesiten alta resitencia. Además este tipo de materiales son biocompatibles ya que al quedar las partículas adheridas al material, se omite el riesgo de contaminación.

   Otro ejemplo interesante es la producción de nanopartículas de Ni con tamaños inferiores a los 20nm a partir de sales. Dichas partículas de Ni se adhieren perfectamente a la superficie de la circona a través de enlaces covalentes y aumentando considerablemente la dureza del material. Los estudios científicos demuestran que existen límites máximos que no podemos sobrepasar a la hora de añadir estas nanopartículas a los materiales que queremos modificar ya que si sobrepasamos dicho límite, las propiedades decaen rápidamente (en el caso de las partículas de Ni en circona, el límite es de un 2.5% ). La dureza de estos compuestos nanoestructurados compiten con el mismo diamante.

   En otros casos, los materiales nanoestructurados, pueden reaccionar con los materiales masivos como sucede en el caso de la alúmina con nanopartículas de Y₂O₃ dando lugar a nanopartículas de Y₃Al₅O₁₂ logrando un aumento considerable de la dureza, la resistencia y la tenacidad.

Por Laury 

Soy una alumna de Ciencias Empresariales y aunque la conferencia respecto a la nanotecnologia me pareció muy interesante, hubo conceptos que me eran más difíciles de comprender. Aún así, tengo que agradecer a los cientifícos y profesores su explicación sencilla y entendible y por eso pude seguir con interés toda la jornada. Hubo ejemplos muy sencillos y claros como el del científco Ignacio Cirac de Alemania, que me ayudó a entender como las nanopartículas pueden transmitirse de un lado a otro y como también pueden suceder cosas a la vez, como el ejemplo de que un animal pueda estar vivo o muerto al mismo tiempo; era una manera de explicar los mundos paralelos. Pude observar todo lo que llega a abarcar la nanotecnología y ver que su objetivo es manipular de manera controlada materiales, sustancias y dispositivos pero de muy reducidas dimensiones y me hacía entender el por qué de tanto interés por parte de una gran variedad de ramas del conocimiento científico sobre estos materiales y sustancias, es por su posible aplicación en la sociedad.

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Por Christian Jacq 

     Como toda ciencia emergente, la nanotecnología presenta innumerables ventajas, muchas son las aplicaciones que permitirán mejorar la calidad de vida de la sociedad actual. Sin embargo, junto a todos estos aspectos positivos, merece la pena reflexionar sobre los posibles "riesgos" igualmente. Los posibles impactos de la nanotecnología en el medio ambiente o en nuestra salud han sido objeto de preocupación en determinadas instancias. El gobierno británico, por ejemplo, encargó un informe independiente sobre las posibles consecuencias de estas nuevas tecnologías a la Royal Society y a la Royal Academy of Engineering. El informe, publicado hace menos de dos años, consta de diez capítulos y en él se reflexiona tanto sobre los aspectos beneficiosos, como sobre los posibles riesgos.
     Cada vez son más las voces que proponen un aumento considerable en las inversiones destinadas a evaluar los posibles riesgos de las nuevas tecnologías. Una de las mayores preocupaciones es ganar la "batalla de la opinión pública" y evitar, en la medida de lo posible, que la nanotecnología tenga el mismo impacto negativo en la sociedad que en su momento tuvieron los alimentos modificados genéticamente. Una percepción negativa de la misma podría poner en peligro grandes inversiones, se prevé que para el año 2015 la nanotecnología genere hasta un billón de dólares en la economía mundial y que emplee a más de dos millones de personas en todo el mundo. En la actualidad, la inversión en I+D en nanotecnología supone 9000 millones de dólares, siendo el mayor inversor EEUU; sin embargo, éste tan sólo invierte 39 millones de dólares en estudios orientados al conocimiento del efecto que las nanopartículas pueden tener en el medio ambiente y en el hombre.
     Las nanopartículas, debido a su pequeño tamaño, son fácilmente asimilables por los organismos ya sea por inhalación, ingesta o incluso a través de la piel. Lo cierto es que esto no es nada nuevo, en la atmósfera se encuentran numerosas nanopartículas derivadas, entre otras cosas, de la quema de combustibles fósiles. La aplicación de la nanotecnología podría conllevar un aumento considerable de la exposición a estas partículas, cuyas consecuencias deben ser investigadas, especialmente las derivadas de su mayor movilidad y reactividad.

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El notable avance experimental alcanzado en los últimos años ha permitido desarrollar nuevas técnicas capaces de analizar y modificar las propiedades de los materiales a escala nanométrica, dando lugar a la aparición de la Nanotecnología.

En la actualidad la Nanotecnología comprende un campo de investigación en vigente desarrollo y constante evolución, debido a sus múltiples e importantes aplicaciones en áreas tan diversas como Biología, Física, Química, Medicina o Informática, entre otras muchas. Sin embargo, durante este proceso de evolución tecnológica no deben olvidarse los posibles riesgos medioambientales que puede conllevar el uso de nanopartículas. Por lo tanto, el desarrollo tecnológico debe ir acompañado de un continuo diálogo que evalúe exhaustivamente los potenciales efectos medioambientales, tanto positivos como negativos.

En concreto, la Nanotecnología debe desempeñar un papel primordial en la protección del Medio Ambiente. Como ejemplo, en la actualidad existen múltiples estudios científicos que demuestran que el uso de nanopartículas permite mejorar la detección de sustancias contaminantes en el agua o la atmósfera.

En la sociedad actual existe una amplia preocupación acerca de cuestiones relacionadas con la nanotecnología y el medio ambiente, como demuestra la creación de diversos programas europeos de investigación y desarrollo, (Nanogas o Nanosafe), así como la organización de congresos que abordan la relación entre Nanotecnología y Medio Ambiente, como "Nano and the Environment" desarrollado en Bruselas en marzo de 2006.