Nanotecnología

La nanotecnología es una palabra que define las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala que estudia, diseña, crea, sintetiza y manipula, materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, de modo que explota fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.

De modo que manipulando la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas  por lo que se utiliza para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y sobre todo poco costosos con propiedades únicas.

Un ejemplo donde se utiliza la nanotecnología para obtener productos más baratos e incluso más eficientes mediante nanoestructuras es el de las células solares.

Para comenzar, hay que tener claro qué es una célula fotovoltaica. Pues bien, es un sistema semiconductor que absorbe luz, que es, la luz solar, y la convierte en energía eléctrica en sistemas fotovoltaicos fabricados con materiales semiconductores, de modo que, la célula solar convierte los fotones del sol en una corriente eléctrica.

El efecto fotovoltaico fue identificado por primera vez en 1839 por Becquerel quien observó  que la tensión que aparecía entre dos electrodos inmersos en electrolito dependía de la intensidad de luz que incidiese sobre ellos. Pero hasta 1954 no se diseñó la primera célula solar moderna, por Chapin, que fue de silicio. Al comienzo de estas investigaciones el principal motivo de su estudio era la de poder aplicarlas como fuente de suministro de energía a satélites espaciales, mientras que hoy en día, se espera que las células fotovoltaicas contribuyan al suministro de energía limpia

Volviendo a la explicación de lo que es una célula fotovoltáica, diremos que se basan en un efecto (fotovoltaico) en el cuál la luz que incide sobre el dispositivo semiconductor produce una diferencia del potencial entre las capas del mismo capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo.

Este nuevo planteamiento enfocado al aumento de la capacidad de almacenamiento, tendría mayor número de aplicaciones, además de las baterías de gadgets, ya que en un futuro se podría extender a baterías destinadas a automóviles eléctricos o instalarse en viviendas para que pudieran almacenar mayor cantidad de electricidad generada debido a la instalación de celdas solares.

Si analizamos el proceso que se produce en una batería de litio convencional se observa que la capacidad de almacenamiento eléctrico está limitada por la cantidad de litio que puede mantenerse en el ánodo normalmente fabricado de carbono. Como ventaja se destaca que el silicio posee mayor capacidad que el carbono pero en contra partida se dilata al absorber átomos de litio y se contrae durante el funcionamiento del dispositivo con forme los átomos de litio salen, provocando la degradación poco a poco.

La novedad de este descubrimiento reside en que el litio que se almacenaría durante el proceso de carga lo haría en un diminuto bosque de nanocables de silicio, cada uno con un diámetro de una milésima de espesor de una hoja de papel, que se expanden hasta cuatro veces su tamaño normal cuando están en el proceso de absorción del litio, además no se fracturan,  y dada la amplia infraestructura de la industria del silicio, la nueva versión estaría entre nosotros de un modo rápido y relativamente barato.

Cada día que pasa se descubren nuevas tecnologías relacionadas con la nanotecnología y a su vez también relacionadas entre ellas. Un claro ejemplo es el nuevo método desarrollado para producir nanocables de longitud ilimitada y de estructuras tridimensionales basado en una micropipeta que actúa como una pluma fuente con una apertura de unos 100 nanometros, de donde sale una tinta acuosa que se evapora rápidamente produciendo una fibra sólida. El líquido se caracteriza por ser una tinta acuosa y el material de las fibras puede ser de distintas naturalezas, desde hidróxido de potasio a puntos cuánticos.

Enormes progresos se han realizado en la última década en la síntesis caracterización de nanoesructuras y aplicaciones de las mismas, y se esperan muchos beneficios más de estos avances en décadas venideras.

La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

Los orígenes de este campo se descubrieron a través del experimento de Young o doble rendija, este proceso puede realizarse con átomos, neutrones y en el caso de nuestro interés, con electrones.

La nanotecnología es la próxima revolución tecnológica, promete beneficios de todo tipo; el mayor problema resultó ser el estudio de estos nano materiales; se logró controlar el mundo microscópico a partir de 1981 con el descubrimiento del microscopio de barrido de efecto túnel, este sistema basa su funcionamiento en un efecto cuántico basado en distancias menores a la millonésima parte de un metro (10^-9m = 1 nm):

 El efecto túnel, desde el punto de vista de la mecánica clásica, trata en que un electrón no puede superar una barrera de potencial superior a su energía, sin embargo, según la mecánica cuántica, los electrones no están definidos por una posición precisa, sino por una nube de probabilidad, dicha nube se puede extender hasta el otro lado de la barrera de potencial, de esta forma genera una intensidad eléctrica, llamada intensidad de túnel y es el parámetro de control que nos permite realizar la topografía de superficie. En el caso de tomar medidas a escala atómica, el elemento que se usa como sonda de medida es aquel que tenga una resolución de esa misma escala; en el caso del microscopio de efecto túnel la sonda es una punta conductora, por ejemplo, de wolframio, antes del proceso es tratada para eliminar óxidos y para que esté lo más afilada posible, en condiciones ideales hay un solo átomo en el extremo de la sonda. La instalación consiste en un circuito eléctrico en el que están incluidos la muestra y la punta de medida; la intensidad apenas alcanza los nano amperios y es muy sensible tanto a la distancia, como a la diferencia de tensión entre la punta y la muestra. La toma de medidas y los movimientos de la punta se observan con un dispositivo piezoeléctrico. Se basa en la capacidad de atrapar a los electrones que escapan en ese efecto túnel, para lograr una imagen de la estructura atómica de la materia con una alta resolución, en la que cada átomo se puede distinguir de otro.

El efecto túnel es un fenómeno que no presenta analogía fuera de la mecánica cuántica, la única manera de explicar este efecto es apoyándose en la naturaleza dual que parece presentar la materia a este tamaño. Las partículas parecen comportarse, indistintamente, como ondas o como partículas, conocido como dualidad onda-corpúsculo, frente a determinadas condiciones de contorno. Esta teoría impide establecer con exactitud la posición y el momento de una partícula al mismo tiempo, esto se explica con el principio de incertidumbre de Heisenberg: al preparar varias copias idénticas de un sistema en un estado determinado las medidas de la posición y de la cantidad de movimiento variarán de acuerdo con una cierta distribución de probabilidad característica del estado cuántico del sistema; las medidas del objeto observable sufrirá desviación estándar Δx de la posición y el momento Δp verifican el principio de incertidumbre:

En sistemas clásicos, esta incertidumbre es de posición-momento; en el caso de estados cuánticos h es demasiado pequeño, una de las formas alternativas del principio de incertidumbre es de tiempo-energía que se expresa como:

De esta forma se estudian las partículas virtuales, utilizadas para estudiar los estados intermedios de una interacción.

Para entender mejor este principio, pensamos en lo que sería la medida de la posición y velocidad de un electrón; para realizar la medida es necesario que un fotón de luz choque con el electrón, con lo cual se modifica su posición y velocidad; es decir, por el hecho de realizar la medida se modifican los datos de algún modo, introduciendo un error que es imposible reducir a cero.

Con todas estas teorías, se explica el funcionamiento del microscopio de efecto túnel de barrido y el microscopio de fuerza atómica que logran la determinación de las posiciones atómicas en una superficie, el primero, y el segundo, el desplazamiento de átomos individuales sobre superficies homogéneas.

Como dato de interés, podemos afirmar que conforme aumenta el potencial del mercado nanotecnológico también se incrementa el rango de oportunidades laborales para científicos, un estudio confirma que entre 2003 y el 2006 se crearon unos 10000 nuevos puestos relacionados con la nanotecnología y todo indica que se mantendrá esta tendencia. La revolución de lo pequeño está en marcha; tratar a dichas moléculas puede abrir puertas insospechadas en medicina, electrónica, industria… Muchos han anunciado este cambio como revolucionario en muchísimos ámbitos, la nanociencia promete chips tan pequeños que se podrán llevar en la ropa, embebidos en el tejido, promete nuevos materiales y técnicas en construcción, en realidad, los máximos promotores de la nanociencia dicen que se podrá hacer casi de todo.

APLICACIONES RECIENTES: un equipo de científicos del MIT y de las universidades de Nueva York y Tokio ha demostrado cómo se podría entrar en el cráneo y llegar al cerebro a través de la conexión de una red de nanocables de polímero a vasos sanguíneos en el cuello:

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.

Leer más »

Drexler acuñó el término nanotecnología en su obra "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology".
La nanotecnología implica investigación y desarrollo tecnológico a nivel atómico, molecular, en la escala de longitudes de 1 a 100nm, con el objeto de proporcionar una compensación fundamental de los fenómenos y materiales a escala, y de usar y manipular estructuras, diapositivos, y sistemas que presentan nuevas propiedades y funciones debido a sus pequeños tamaños. Así mismo, se está introduciendo en diversos campos; uno muy importante en el que se quieren realizar grandes adelantos, es en el campo de la salud y la medicina.
Se pretenden crear nuevas herramientas para la exploración de la nanomateria con el fin de poder manipularla, y fabricar nanodispositivos y nanopartículas, mientras que la medicina, con la ayuda y la introducción de la nanotecnología, pretende detener enfermedades, realizar tratamientos, llevar a cabo seguimientos del paciente e intentar aumentar la calidad de vida.

Actualmente se utilizan:
- Nanopartículas magnéticas para agentes de contraste en resonancia magnética nuclear (MIR).
- Nanopartículas magnéticas para cuantificar reconocimientos biológicos ( test de embarazo).
- Nanopartículas magnéticas para suministros locales de fármacos e hipertermia (utilizados contra tumores sólidos sin producir efectos hacia el resto del organismo).
- Medicina regenerativa (células madre pluripotenciales para reemplazar tejidos destruidos por diabetes o Alzehimer).
- Ingeniería de tejidos ( los componentes más los biomateriales es igual al constructo celulares)

Nanomateriales magnéticos Leer más »

La nanotecnología promete ser la nueva revolución tecnológica. Tiene impactos sobre la salud, el medio ambiente y potenciales usos militares que causan preocupación en la sociedad. Sus usos actuales y potenciales abarcan diversas ramas de la tecnología.La nanotecnología tiene potencial para cambiarlo todo: las medicinas y la cirugía, la potencia de la informática, los suministros de energía, los alimentos, los vehículos, las técnicas de construcción de edificios y la manufactura de tejidos. Muchas cosas más que ni imaginamos.

Actualmente la nanotecnología está teniendo aplicaciones en la industria farmacéutica y cosmética, en agricultura, en la producción de alimentos y de energía, en la industria aeroespacial, de la construcción, en la automotriz, para el tratamiento de aguas contaminadas, para la lectura de CD's, telecomunicaciones, óptica, memorias, la descontaminación del aire, en equipos deportivos, ropas, textiles…
El mundo está cambiando. Se está viviendo una revolución científica y tecnológica.
En los últimos años ha habido un elevado crecimiento en estos dos campos.
De ellas nace la nanotecnología, que implica investigación y desarrollo tecnológico a nivel atómico, molecular… Crea nanomateriales y nanoestructuras con distintos fines.
Por ejemplo, en la industria alimenticia, la nanotecnologia puede crear nanopartículas que proporcionen más calidad a los alimentos, y hasta puede crear nuevos productos comestibles. Puede mejorar los procesos de los alimentos que utilizan enzimas para producir beneficios para la salud y nutricionales, puede contribuir a que los alimentos procesados sean menos perjudiciales para la salud. Leer más »

“La nanotecnología es una ciencia multidisciplinar que se refiere a las actividades científicas y tecnológicas llevadas a cabo a escala atómica y molecular, así como a los principios científicos y a las nuevas propiedades que pueden ser comprendidos y controlados cuando se interviene a dicha escala”

La nanotecnología es un área que a pesar de los avances increíbles que puede aportar a nuestra sociedad es desconocida para una gran mayoría. ¿Qué es la nanotecnología?, te miran y en primer lugar no saben que responderte, luego por lógica añaden… tendrá que ver con nano… tecnología aplicada a nivel de nanoescala.
Pero no somos capaces de imaginar el gran desarrollo que ha sufrido esta área en un corto espacio de tiempo.
En la nanotecnología convergen varias ramas de las que se destacan la Física del Estado Sólido, la Química y la Biología.
El hablar de tecnología a escala nano nos implica un cambio de concepción importante, debemos dejar de pensar en las leyes clásicas de la física para dar paso a la física cuántica, que regula los comportamientos ópticos, eléctricos y magnéticos.
Para poder hablar de los orígenes de esta nueva área de investigación nos remontamos a 1959, con el Premio Nobel de Física Richard Feynman. Éste da una conferencia titulada “Hay mucho sitio por debajo” en la que destacó los beneficios que puede aportar a la sociedad la capacidad de atrapar y situar átomos y moléculas en posiciones determinadas y fabricar artefactos con una precisión de pocos átomos.
Pero el suceso impactante y determinante en la motivación del impulso del mundo de la nanotecnología fue la “manipulación atómica” realizada por parte del equipo de IBM bajo la directriz de Don Eigler.

En el año 1981 crean un intrumento llamado “Microscopio de barrido de efecto túnel” el cual permitía captar una imagen de la estructura atómica de la materia.

Leer más »

Ablynx es una empresa biotecnologica que se dedica a la investigación de los nanocuerpos (son proteínas de longitud nanómetrica). Su objetivo es la sustitución de los anticuerpos por nanocuerpos que se pueden utilizar en la lucha contra el cáncer u otras enfermedades como la artritis reumatoide, las inflamaciones de intestino o la enfermedad de Alzheimer.Su sede central se encuentra en la ciudad belga de Gante en las cercanías de la ciudad universitaria. Va a cumplir su tercer año de existencia y cuenta en este momento con un cuerpo directivo formado por pocas personas y una treintena de cientificos entre los que se encuentran personas formadas en carreras del ámbito de las ciencias de la salud, la biotecnología y la ingeniería. No va a tener fácil su objetivo pese a que le va a dedicar a esta cuestión un presupuesto de 40 millones de dólares.

Los anticuerpos, para que nos hagamos una idea, son los que defienden nuestro organismo de virus, bacterias y otros tipos de gérmenes que pueden utilizar nuestro organismo para hacer enfermarle. Están formadas por células B y los tenemos en todas las partes del cuerpo. Pero no nos defienden de todas las agresiones del medio por lo que la industria farmacéutica se ha pasado décadas investigando la manera de obtener medicamentos que nos ayuden a corregir las deficiencias de nuestro sistema inmunitario. Al principio para la industria farmacéutica no fue fácil encontrar anticuerpos ya que las investigaciones que se hacían no eran rentables. Al gasto económico que se derivaba de la investigación y en uso de los laboratorios había que añadirle que no se encontraba lo que se buscaba; es decir anticuerpos específicos para múltiples enfermedades. Estas dificultades fueron menores a finales del siglo XX puesto que en estos años se encontraron varios anticuerpos, más de los que se habían encontrado hasta entonces. De hecho en Estados Unidos la FDA (Food and Drug Administration) llegó a aprobar 17 anticuerpos terapéuticos en 1997. Leer más »

Una primera lectura posiblemente nos orientaría al mundo de la ciencia-ficción. Pero nada más lejos de la realidad. Todavía estamos lejos de reemplazar miembros amputados por prótesis de elevado nivel tecnológico que nos proporcionen la misma funcionalidad que dicho miembro original, pero los avances en nanotecnología han derivado (y derivarán mucho más en un futuro) en beneficios importantes en cuanto a calidad de vida se refiere. La Unión Europea pretende liderar esta revolución nanotecnológica aplicada al mundo de la medicina. Es relativamente famoso el caso de la rodilla artificial creada por los investigadores de Biomechatronics Group, combinando avances en la investigación de nanomateriales con la microelectrónica para crear una prótesis mucho más compleja y funcional que las habituales piezas de metal que se implantan en nuestros días. Esta “rodilla nanotecnológica” es capaz de aprender los pasos del usuario sobre la marcha, adaptándose a cada situación, gracias a la capacidad del microprocesador, que posee cualidades tales como una poderosa resistencia mecánica y a agresiones químicas (teniendo en cuenta que debe ser implantado en el interior del organismo humano) gracias a las propiedades de los nanomateriales que lo componen.

Estas ventajas también se argumentan con otros factores. Gracias a las características de los nanomateriales, se estimula en mayor medida el crecimiento del tejido óseo, lográndose así una mejor adhesión de la prótesis implantada. Está demostrado que este crecimiento celular favorecido está directamente relacionado con la alineación en paralelo de nanotubos de carbono y filamentos, que imita a la perfección a las fibras de colágeno e hidroxiapatita de los huesos reales. Para conseguir dicha alineación, se aplican corrientes eléctricas de magnitud adecuada. Leer más »

 Al que está leyendo esto en este mismo momento, al que haya entrado por primera vez en esta página y todavía no tenga ni idea de qué es, al que ha participado activamente en algún momento con alguna contribución escrita o comentario, al que todavía lo sigue intentando, al que se mete sólo para leer lo que aquí se publica, al que simplemente se mete por curiosear y echarle un vistazo, al que solamente le gustan las imágenes que acompañan a los textos, al que se ha equivocado de página y ha caído aquí de casualidad, ¡cómo no!, y para todos aquellos que hayan escrito, leído o escuchado la palabra Nanotecnología, va dirigido este post.La dinámica de este Blog está funcionando a las mil maravillas, pero ha llegado el momento de llegar más lejos en este debate sobre la Nanotecnología. Por ello, hemos organizado una actividad presencial el día 26 de Abril, en la que se podrá llevar el debate más allá de la red, y escuchar a gente que ha trabajado de cerca con la Nanotecnología, o no tan cerca pero que, al fin y al cabo, sienten que la Nanotecnología juega un papel importante en el desarrollo tecnológico e investigador del futuro. Es por ello, que hacemos una llamada de atención para todos aquellos interesados en participar activamente en un debate tan atractivo. Esas preguntas u observaciones que tenías desde hace tiempo en la cabeza y que no sabías cómo abordarlas, ha llegado la hora de resolverlas. No te quedes con la duda.

¿Cuándo? Será el 26 de Abril, ya muy pronto. ¿Dónde? Se celebrará en la Sala de Conferencias de la Facultad de Ciencias de la Información de la Universidad Complutense. ¿Y dónde está ese sitio? En Ciudad Universitaria de Madrid, en la facultad de Ciencias de la Información, pero el edificio nuevo que está justo detrás del antiguo. ¿Quién o quiénes lo organizan? Pues la Universidad Complutense de Madrid y Telefónica. ¿Cuesta algo el asistir? No, es totalmente gratis. Sólo aquellos alumnos de la UCM que quieran reconocimiento de créditos de libre elección tendrán que abonar una cantidad de 20 euros, pero el resto de visitantes o los alumnos UCM que no quieran reconocimiento de créditos tienen la entrada libre.

En la plataforma Creamos el futuro, hemos pretendido crear un espacio para debatir y difundir experiencias y conocimientos referentes a la innovación organizacional y tecnológica; analizar la nueva convergencia nano-bio-cogno-info; estudiar la situación de las nuevas tecnologías como factor clave en la evolución económica y social; identificar las claves estratégicas y definir una visión del Plan i-Europe 2010; y descubrir las claves del éxito para dar respuestas institucionales a los grandes desafíos europeos. Dentro de las áreas elegidas se encuentra la Nanotecnología que será la protagonista de este evento.

La Jornada  se divide en dos partes bien diferenciadas: por la mañana contaremos con importantes científicos que nos expondrán,  en un lenguaje entendible por todos, en qué consiste su investigación, debatirán sobre qué entienden por nanotecnología, cómo valoran el impacto que su actividad científica tendrá en un futuro, cuál es su visión sobre el desarrollo europeo en este campo, etc. Por la tarde, el debate se trasladará al análisis de las nuevas tecnologías como herramientas de la divulgación y difusión de los avances en nanotecnología. A partir del ejemplo desarrollado en el Blog de Nanotecnología de Creamos el futuro obtendremos conclusiones sobre cómo las nuevas tecnologías penetran en el campo académico tanto en la docencia como en la investigación, y experimentados bloggers nos harán participes de sus experiencias en otros campos.

¡Anímate a acompañarnos!