Nanotecnologia ¿Ciencia o Ficcion?

Nanotecnologia

   Hay una discusión sin precedentes de científicos dedicados al estudio de un mundo tan pequeño (nanomundo) que no podemos verlo, ni siquiera con un microscopio de luz. Conocido por el hombre como la nanotecnología o el reino de los átomos y las nanoestructuras. Es tan nueva y desconocida amplia rama de la ciencia tecnológica que nadie está seguro de lo que va a resultar de ella. Nano, es la distancia entre dos átomos. Los nanomateriales juegan, ya un papel importante hoy en día: generalmente se producen por medios químicos o por métodos mecánicos.  Esto quiere decir, que la Nanotecnologia abarca y comprende muchas disiplinas tecnológicas como científicas, que tienen en común la escala a la cual trabajan (nano) y su finalidad reducir en tamaño de las cosas a escalas nanometricas.

  

   Ella se encarga de modificar o alterar la materia como existe alterando la distancia entre los atomos o moleculas , pero a diferencia de las ciencias comunes, nanotecnologia lo hace a un nivel molecular e incluso supramolecular; esto es, a una escala menor a un micrómetro. El campo de las ciencias aplicadas al control y manipulación de la materia (milimétricamente representa una optaba parte de un metro) es decir, a nivel atómico y molecular.

   Entendiéndose, como el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación, aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala la cual demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevos en un rango de entre 1 y 100 nanómetros (más delgado que el grosor de una hoja). Se tiene una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot de unos 50 nm (nanómetro) dependiendo del material de que este hecho, se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinario, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja. Es común el uso de la forma plural de "nanotecnologías" así como "tecnologías de nanoescala"

   Para referirse al amplio rango de investigaciones y aplicaciones, cuyo tema en común es su tamaño (nano), motivado a la variedad de potenciales aplicaciones que incluye diferentes disciplinas de la ciencia ,química, orgánica, biológica, molecular, física molecular, física de los conductores, microfacturación, entre otros. Su alcance puede ser capaz de crear nuevos materiales y dispositivos, tales como en la medicina, electrónica, biomateriales y la producción de energía. 

   Por otra parte, surge la preocupación de cualquier nueva tecnología, incluyendo la toxicidad y el impacto ambiental de los nanomateriales y sus potenciales efectos en la economía global; así como especulaciones acerca de varios escenarios apocalípticos, hasta que el mundo es devorado por nanorobots auto-progamables.

   En su sentido original, la nanotecnología se refiere a la habilidad proyectada para construir elementos desde lo más pequeño a lo más grande, usando técnicas y herramientas, que actualmente están siendo desarrolladas; para construir productos completos de alto desempeño de duravilidad alta y material flexible. Un nanómetro (nm) es la mil millonésima parte, o 10−9, de un metro. Dado que la nanotecnología debe fabricar sus dispositivos a partir de átomos y moléculas. Estos nuevos fenómenos hacen que la nanotecnología sea distinta de los dispositivos que son meramente versiones miniaturizadas de un dispositivo macroscópico equivalente; tales dispositivos se encuentran a una escala más grande y caen bajo la descripción de microtecnología. 

   Se han realizado varios estudios para comprender la evolución de las nanotecnologías y las nanociencias. Por lo tanto, considerando que las definiciones no se estabilizan hasta un punto clave de la evolución tecno-científica, el componente común de los diversos métodos utilizados es medir la actividad de la nanotecnología desde tres ángulos distintos: publicaciones científicas (más bien para conocimiento básico), patentes (más bien para aspectos tecnológicos), y posiblemente las instituciones y empresas afectadas o el capital invertido (para medir la actividad económica e industrial real). Ya sea para patentes o publicaciones ciencia.

   Surgió la idea en 1965 Richard Feynman ganador del premio novelen a la física fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología en el célebre discurso que dio en el Caltech. Otros investigadores tales como Rosalind Franklin, James Dewey Watson y Francis Crick, quienes propusieron que el ADN era la molécula principal que jugaba un papel clave en la regulación de todos los procesos del organismo, y de aquí se tomó la importancia de las moléculas como determinantes de la vida aplicando la ciencia con la tecnología , ¡Aquella podría usarse para solucionar muchos de los problemas de la humanidad, pero también podría generar armas poderosas¡.

   Hoy en día, la medicina tiene más interés en la investigación en el mundo microscópico; ya que en él, se encuentran “posiblemente” las alteraciones estructurales que provocan las enfermedades. Actualmente, alrededor de cuarenta (40) laboratorios en todo el mundo canalizan grandes cantidades de dinero para la investigación en nanotecnología. surgiendo nuevas ciencias con los avance tecno-científico, por ejemplo, la Ingeniería Genética que hoy en día, es discutida debido a repercusiones como la clonación o la mejora de especies, prometiendo soluciones vanguardistas y más eficientes para los problemas ambientales, así como muchos otros enfrentados por la humanidad. Podemos afirmar, la medicina ha salido beneficiada creando nuevos campos de estudio, como microbiología, inmunología y fisiología.

Posibles impactos negativos

   Algunos científicos han expresado su preocupación acerca de los efectos a largo plazo asociados con las aplicaciones médicas de las nanotecnologías y de si los materiales nanoestructuras serían biodegradables. Esta realidad traerá grandes beneficios a la vida humana, pero se necesita revisar los efectos negativos que puedan haber; las propiedades especiales que poseen los dispositivos manométricos y que son las que se intenta explotar Tal vez traigan consigo riesgos para la salud y el medio ambiente.

   Que las nanopartículas sean del mismo tamaño que los componentes celulares y algunas proteínas sugieren que podrían evadir las defensas naturales del cuerpo humano y de otras especies causando daño a sus células. Es importante resaltar, desde el siglo XX, (20) con revolución industrial, tecnológica y militar hemos estado expuestos a muchas nanopartículas como contaminación ambiental, personas que trabajan en determinadas industrias, sin que éstas hayan causado un daño significativo a la salud; en décadas recientes se ha sugerido, más no probado, que dichas exposiciones podrían ser responsables de las relaciones observadas entre la contaminación del aire y diversas enfermedades, particularmente las cardíacas y pulmonares.

 Las leyes del universo nanométrico

   Las leyes que rigen la materia a escala manométrica son distintas a las de la escala macroscópica. Las reglas que permiten entender y comprender el comportamiento del "nanouniverso", formado por las leyes de la mecánica cuántica, la cual determina las propiedades de la materia cuando se ubican en el rango de interés de las nanotecnologías. Algunos principios fundamentales de la mecánica cuántica son:

1. Que el intercambio de energía entre átomos y partículas solo puede ocurrir en paquetes discretos llamados cuantos de energía.
2. Que las ondas de luz, bajo determinadas condiciones, se pueden comportar como partículas (fotones) o bit.
3. Que en algunas circunstancias, las partículas se pueden comportar como ondas.
4. Que es imposible conocer al mismo tiempo la velocidad y la posición exacta de una partícula, cuestión que se conoce como el Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

Características de la nanociencia y las nanotecnologías

   La interdisciplinar, el autoensamble, la jerarquía y la realización práctica de los sistemas bajo estudio Para obtener tales estructuras, los investigadores crearon una unidad base hidrofóbica que posee el arreglo complementario de enlaces de hidrógeno donador-donador-aceptor (DDA) y aceptor-aceptor-donador (AAD) tomados de la guanina (base nitrogenada purifica del asido nucleico) y la citosina (una de las cinco bases nitrogenadas que forman parte de los ácidos nucleicos y en el código genético), respectivamente. Al tener estos arreglos en los extremos, el único modo mediante el cual la molécula puede "reconocerse" a sí misma es formando un anillo. Después; estos anillos se autoensanblaje para conformar nanotubos  orgánicos (estructuras tubulares, cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro). Con otras palabras, se toman dos bases del ADN, por ejemplo, una molécula de guanina y otra de citosina; al "seccionarlas" para tener los arreglos de enlaces de hidrógeno DDA, se consigue un sistema similar a los polos de dos imanes, uno positivo y uno negativo, que al estar cerca se unen sin ninguna dificultad. Esta nueva molécula construida con dos bases de ADN seccionadas constituye lo que se conoce genéricamente como bloque constructor de la nanoestructura.

Tipos de nanotecnología

Según la forma de trabajo la nanotecnología se divide en:

1. TOP-DOWN: Reducción de tamaño. Literalmente desde arriba (mayor) hasta abajo (menor). Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala manométricas. Este tipo de Nanotecnología ha sido el más frecuente hasta la fecha, más concretamente en el ámbito de la electrónica donde predomina la miniaturización.
2. BOTTOM-UP: Auto ensamblado. Literalmente desde abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una estructura manométricas como una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, se crea un mecanismo mayor que el mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, que algunos consideran como el único y "verdadero" enfoque nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera extremadamente precisa. De esta manera, podremos liberarnos de las limitaciones de la miniaturización, muy presentes en el campo de la electrónica.

Según el campo en el que se trabaja la nanotecnología se divide en:

1. Nanotecnologia huneda: Esta tecnología se basa en sistemas biológicos que existen en un entorno acuoso incluyendo material genético, membranas, encimas y otros componentes celulares. También se basan en organismos vivientes cuyas formas, funciones y evolución, son gobernados por las interacciones de estructuras de escalas nano métricas.
2. Nanotecnología seca: Es la tecnología que se dedica a la fabricación de estructuras en carbón, Silicio, materiales inorgánicos, metales y semiconductores. También está presente en la electrónica, magnetismo y dispositivos ópticos. Es también confundida con el micro miniaturización.
3. Nanotecnología seca y húmeda: Las últimas propuestas tienden a usar una combinación de la nanotecnología húmeda y la nanotecnología seca Una cadena de ADN se programa para forzar moléculas en áreas muy específicas dejando que uniones covalentes se formen sólo en áreas muy específicas. Las formas resultantes se pueden manipulas para permitir el control posicional y la fabricación de nano estructuras.
4. Nanotecnología computacional: Con esta rama se puede trabajar en el modelado y simulación de estructuras complejas de escala manométricas. Se puede manipular átomos utilizando los nanomanipuladores controlados por computadoras.
5. Nanotecnología avanzada: La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de nano-sistemas (máquinas a escala manométricas) operando a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los átomos del grafito (compuesto por carbono) de la mina del lápiz podemos hacer diamantes (carbono puro cristalizado). Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.

Aplicaciones actuales

1. Nanotecnologia aplicada al envasado de alimentos: Una de las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de envases para alimentación es la aplicación de materiales aditivados con nanoarcillas, que mejoren las propiedades mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los materiales de envasado. En el caso de mejora de la barrera a los gases, las nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas gaseosas, lo cual permite conseguir una barrera similar con espesores inferiores, reduciendo así los costes asociados a los materiales. 
2. Nanotecnología aplicada a la administración de fármacos: Dentro de las posibilidades de administración de fármacos, ha surgido la posibilidad de utilizar la nanotecnología como un sistema de liberación del principio activo. En general los vehículos utilizados para administrar un fármaco, deben ser de baja toxicidad, con propiedades óptimas para el transporte y liberación y vida media larga. Ejemplos de nanosistemas son: micelas, liposomas, dentrímeros, nanopartículas, nanotubos y bioconjugados.
3. Nanotecnología aplicada a la terapia del cáncer: Uno de los aspectos más desafiantes en las terapias que existen contra el cáncer, es la especificidad de los tratamientos. Esto podría conducir a reducir los efectos tóxicos que se generan luego de administrar las terapias anticancerígenas. Además de esta posibilidad, podría mejorarse la solubilidad y biodisponibilidad de fármacos que son pobremente solubles. Debido a estas necesidades, han surgido algunas investigaciones que utilizan nanotransportadores (liposomas, micelas poliméricas y nanoparticulas poliméricas) para la preparación de nuevas formulaciones que mejoran la biodisponibilidad de estos tratamientos y mejoran la distribución del fármaco anticancerígeno en el sitio del tumor. 
4. Nanotecnología aplicada a la terapia del VIH/SIDA: Los de distribución de fármacos aplicados a distribución sistémica de fármacos antivirales podría tener ventajas similares a los ejemplos exitosos en la terapia contra el cáncer. Los sistemas de liberación controlada podría aumentar la vida media de los fármacos, manteniendo concentraciones plasmáticas en niveles terapéuticos por periodos de tiempo más prolongados que tengan finalmente impactos en la eficacia de la terapia farmacológica. Adicionalmente se podría obtener un mejor perfil de seguridad que lleve una mejor adherencia de los pacientes. De manera específica, la distribución dirigida de fármacos antivirales frente a células CD4+ y macrófagos, tanto como la distribución a órganos de difícil acceso como el cerebro, que podrían asegurar la mantención de las concentraciones a través de la generación de reservas latentes. De forma conjunta a la mejora de la terapia farmacológica, ha nacido la idea de lograr realizar terapia génica a través de la nanotecnología.
5. Nanotecnología aplicada a la terapia del Alzheimer: Los métodos de tratamientos mediante nanotecnología han resultado con interesantes resultados en la terapia de la enfermedad de Alzheimer. Los fármacos usualmente disponibles para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, incluyen fármacos que son inhibidores de la enzima acetilcolinesterasa, que poseen una pobre solubilidad y baja biodisponibilidad. Adicionalmente, estos fármacos poseen una incapacidad de atravesar la barrera hemato-encefálica, por lo que el mejoramiento en la distribución de estos fármacos en el sitio de acción, es desafiante a nivel de tecnológico. Las nanotecnologías incluidas son las nanopartículas poliméricas, las nanopartículas sólido - lípido, transportadores de nanoestructuras lipidas, microemulsión, nanoemulsión y cristales líquidos.
6. Nanotecnologia aplicada en la electrónica: En el campo de la ingeniería electrónica, las nanotecnologías se emplean, por ejemplo, en el diseño de dispositivos de almacenamiento de datos de menor tamaño, más rápidos y con un menor consumo de energía. Estos son algunos de los campos donde actualmente se están investigando y se está tratando este nuevo tipo de tecnología, pero no son las únicas ramas, hay muchas más, con muchos más inventos y con proyectos en marcha.
7. Nanorobots: Aunque todavía no se han fabricado nanorobots, existen múltiples diseños de éstos, incluso no pueden ser del todo robots es decir pueden hasta ser modificaciones de células normales llamadas también células artificiales. Las características que éstos deben de cumplir, entre las que se pueden mencionar:
8. La nanotecnología aplicada al medio ambiente: La Nanotecnología podría ser la tecnología salvadora del planeta, que se vería favorecida con la creación de nuevos materiales, duraderos y capaces de no contaminar. En los procesos productivos no se generarían residuos, las materias primas se podrían fabricar a partir de sus componentes y sin generar subproductos tóxicos, y se aprovecharía la inagotable energía solar.
9. Nanomateriales: Es todo material con componentes estructurados, osea que no son aleatorios, los cuales tienen al menos una dimensión inferior a los 10 nm. ¿Pero que es una dimensión? Todos conocemos, el largo, ancho y alto de los objetos, pues si un material tiene una de estas dimensiones menores a los 100 nm, entonces se considera como un nanomateriales.

Diferencias entre nanociencia y nanotecnología

   La nanociencia es el estudio del fenómeno y la manipulación de la materia a escala manométricas (0.1 a 100 nm) (nanometros), mientras que la nanotecnología se trata del diseño, caracterización, producción y aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas a través del control del tamaño y la forma a nano escala. Comúnmente se utiliza el término nanotecnología para referirse a ambas disciplinas aliadas en la ciencia y tecnología en siclo permanente de auto ayuda en ambas ciencias.

   Un nanómetro es la unidad de longitud que equivale a una millonésima parte de un metro (1x10-9m). En esta escala, las propiedades físicas, químicas y/o biológicas de los materiales, objetos, sistemas, entre otros, difieren de manera fundamental de las propiedades de los mismos a tamaño micro/macroscópico, por lo que la investigación y desarrollo de la nanotecnología se orienta a la comprensión y creación de materiales mejorados, dispositivos y sistemas que exploten estas nuevas propiedades. En este sentido, la nanotecnología promete una mejor comprensión de la naturaleza y de la vida misma en donde el tamaño y la forma son importantes.

Futuras aplicaciones

   Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá (2018), las quince aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:

1. Almacenamiento, producción y conversión de energía.
2. Armamento y sistemas de defensa.
3. Producción agrícola.
4. Tratamiento y remediación de aguas.
5. Diagnóstico y detección (cribaje) de enfermedades.
6. Sistemas de administración de fármacos.
7. Procesamiento de alimentos.
8. Remediación de la contaminación atmosférica.
9. Construcción.
10. Monitorización de la salud.
11. Detección y control de plagas.
12. Control de desnutrición en lugares pobres.
13. Informática.
14. Alimentos transgénicos.
15. Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).

Consecuencia y peligros de la Nanotecnologia

   Quizás el mayor temor que las personas sienten cuando una nueva tecnología emerge es la seguridad propia o mundial. Los peligros de la tecnología han quedado manifiestos con las bombas nucleares y los gases tóxicos militares (la primera nanotecnologia biológica), en donde en ese tiempo hubo la conmoción de las posibilidades y repercusiones que puede tener una tecnología aplicada a fines militares.

Accidente biológico

   Un peligro que puede tener el nanoinvento es sin duda que éste se puede replicar. La mayoría de la gente cuando escucha que una maquina pudiera auto replicarse temiendo que ésta pueda salirse de control de las manos del hombre. Para seguridad de estas personas Ralph Merckle en la primera conferencia de nanotecnología del Instituto Foresight dice de manera resumida: "Para prevenir esto al nanorobot en la fábrica se le tiene que abastecer siempre de suficiente energía y partes, ya que de lo contrario como sucede con las bacterias el nanorobot podría sintetizar sus propias partes lo cual sería muy peligroso”. Además enfatiza que nunca se le daría a un nanorobot una fuente de energía que fuera un compuesto abundante en la naturaleza. Si todo esto no se llegara a cumplir el nanorobot se podría escapar del control de los humanos y constituir un verdadero problema semejante o aun peor que los virus muerte nanobotica.

Abusos

Este será principalmente el mayor problema que traerá la nanotecnología, ya que ésta se puede utilizar tanto para fines benéficos como para fines malignos, pero la solución de esto será la regulación que deberá de tener a nivel internacional y la planeación de programas para impedir que esto suceda, así como de protocolos para regular la producción de nuevos nano inventos. Hay que decir que lo más peligroso sería intentar detener esta tecnología ya que va en constante evolución y los investigadores se verían atados de manos .Esto con lleva a la relación y/o decisión de seguir o abandonar esta lucha al preguntarnos ¿puede el creado, crear nuevas formas de existencia o quisas destruirlas?.

¿La nanotecnologia futuro tecno-científico? 

1.    Los Microscopios

   El desarrollo de nanociencia y nanotecnologías se basa en la invención de los instrumentos que permiten observar e interactuar con la materia en una escala atómica o sub-atómica. El primero de estos aparatos es el microscopio de túnel que fue inventado en 1981 por dos investigadores de IBM (International Business Machines) (Gard Bing y Heinrich Rorar), y que permite recorrer superficies conductoras o semiconductoras utilizando un fenómeno cuántico denominado “el efecto túnel”, para determinar la morfología (el monbre) y densidad de estados electrónicos de las superficies que este explora. El segundo, es el microscopio de fuerza atómica, que es un derivado del microscopio de túnel, y que mide las fuerzas de interacción entre la punta del microscopio y la superficie explorada. A diferencia del microscopio de túnel, esta herramienta permite visualizar materiales no conductores. Estos instrumentos combinados con la fotolitografía (es un proceso empleado en la fabricación de dispositivos semiconductores o circuitos integrados) permiten observar, manipular y crear nanoestructuras.

Maria ferreira