2. Nanotecnología, es el estudio y desarrollo de sistemas
en escala nanométrica, “nano” es un prefijo del Sistema
Internacional de Unidades que viene del griego νάνος
que significa enano, y corresponde a un factor 10^-
9, que aplicado a las unidades de longitud,
corresponde a una mil millonésima parte de un metro
(10^-9 Metros) es decir 1 Nanómetro, la nanotecnología
estudia la materia desde un nivel de resolución
nanométrico, entre 1 y 100 Nanómetros aprox. hay que
saber que un átomo mide menos de 1 nanómetro pero
una molécula puede ser mayor, en esta escala se
observan propiedades y fenómenos totalmente
nuevos, que se rigen bajo las leyes de la Mecánica
Cuántica, estas nuevas propiedades son las que los
científicos aprovechan para crear nuevos materiales
(nanomateriales) o dispositivos nanotecnológicos, de
esta forma la Nanotecnología promete soluciones a
múltiples problemas que enfrenta actualmente la
humanidad, como los ambientales, energéticos, de
salud (nanomedicina), y muchos otros, sin embargo
estas nuevas tecnologías pueden conllevar a riesgos y
peligros si son mal utilizadas.
¿Que es Nanotecnología?
La siguiente imagen muestra la unidad de
medida de diversos sistemas, y la escala a la
que pertenecen (Nano o Micro).
3. Uno de los pioneros en el campo de la Nanotecnología es el Físico
estadounidense Richard Feynman, que en el año 1959 en un congreso de la
sociedad americana de Física en Calltech, pronunció el discurso “There’s
Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio ahí abajo) en el que
describe un proceso que permitiría manipular átomos y moléculas en forma
individual, a través de instrumentos de gran precisión, de esta forma se
podrían diseñar y construir sistemas en la nanoescala átomo por átomo, en
este discurso Feynman también advierte que las propiedades de estos
sistemas nanométricos, serían distintas a las presentes en la macroescala.
En 1981 el Ingeniero estadounidense Eric Drexler, inspirado en el discurso
de Feynman, publica en la revista Proceedings of the National Academy of
Sciences, el artículo “Molecular engineering: An approach to the
development of general capabilities for molecular manipulation” en donde
describe mas en detalle lo descrito años anteriores por Feynman. El término
“Nanotecnología” fue aplicado por primera vez por Drexler en el año 1986,
en su libro “Motores de la creación : la próxima era de la Nanotecnología”
en la que describe una máquina nanotecnológica con capacidad de
autoreplicarse, en este contexto propuso el término de “plaga gris” para
referirse a lo que sucedería si un nanobot autoreplicante fuera liberado al
ambiente.
Además de Drexler, el científico Japonés Norio Taniguchi, utilizó por
primera vez el término nano-tecnología en el año 1974, en la que define a la
nano-tecnología como el procesamiento, separación y manipulación de
materiales átomo por átomo.
Historia de la Nanotecnología
4.
Radios
Se han desarrollado nanoradios basados en nanotubos de carbón.
Computadores
La nanoelectrónica promete ayudar a crear CPUs más potentes
que los que puedan fabricarse con técnicas de fabricación de
circuitos integrados convencionales. Actualmente se están
investigando una seria de posibilidades incluyendo nuevas
formas de nanolitografía, así como el uso de nanomateriales tales
como nanohilos o pequeñas moléculas, en lugar de los
tradicionales componentes de tecnología CMOS. Los transistores
de efecto campo han hecho uso de ambos, semiconductores de
nanotubos de carbón y semiconductores de nanohilos
heteroestructurados.
Dispositivos Nanoelectrónicos
5. Producción energética
Se está investigando la posibilidad de usar nanocables y otros materiales a nanoescala con
la esperanza de crear células solares más baratas y eficientes que las que son posibles con
células solares planas de silicio. Se da por hecho que un tecnología solar más eficiente seria
de gran importancia para satisfacer las necesidades globales de energía.
También se está investigando la producción energética para dispositivos que operarían in
vivo, denominados bio-nano generadores.
Diagnosis médica
Hay un enorme interés en crear dispositivos nanoeléctricos que puedan detectar
concentraciones de biomoleculas en tiempo real para su uso en la diagnosis medica, es por
ello por lo que surge el concepto de nanomedicina. Una línea paralela de investigación
persigue la creación de dispositivos nanoelectrónicos que puedan interactuar con células
individuales para su uso en la investigación biológica básica. A estos dispositivos se les
denomina nanosensores. Una miniturización a esta escala respecto a sensores proteomicos
'in vivo permitiría nuevos avances en el seguimiento de la salud y en tecnologías militares
y de vigilancia.
Dispositivos Nanoelectrónicos
6.
La Nanotecnología al definirse en base a la escala (nanoescala) y no al tipo de
sistema en estudio, es de carácter transversal y tiene aplicaciones en todas las
actividades del quehacer humano, como medioambiente, sector energético,
medicina, electrónica, exploración espacial, construcción, agricultura,
cosmética, etc…, es por ello que el impacto de la Nanotecnología en nuestra
sociedad es muy grande, y existe consenso de que Nanotecnología dará origen
a la revolución industrial del siglo XXI, tal como lo dijo Charles M. Vest’s (ex-
Presidente del MIT (Massachusetts Institute of Technology) en un discurso el
año 2001. A continuación se describen algunas de las áreas en donde tiene
aplicación la Nanotecnología.
Medio Ambiente
Las aplicaciones de la Nanotecnología en el medio ambiente, involucran el
desarrollo de materiales, energías y procesos no contaminantes, tratamiento de
aguas residuales, desanilización de agua, descontaminación de suelos,
tratamiento de residuos, reciclaje de sustancias, nanosensores para la detección
de sustancias químicas dañinas o gases tóxicos.
Aplicaciones de la Nanotecnología
7. Energía
Las aplicaciones de la Nanotecnología en sector energético, tiene relación con la mejora
de los sistemas de producción y almacenamiento de energía, en especial aquellas energías
limpias y renovables como la energía solar, o basadas en el Hidrógeno, ademas de
tecnologías que ayuden a reducir el consumo energético a través del desarrollo de nuevos
aislantes térmicos mas eficientes basados en nanomateriales. El aumento de la eficiencia
de los paneles solares y placas solares gracias a nanomateriales especializados en la
captura y almacenamiento de energía solar
Medicina
Las aplicaciones de la Nanotecnología en Medicina se denomina Nanomedicina, y dentro
de ella tenemos el desarrollo de nanotransportadores de fármacos a lugares específicos
del cuerpo, que pueden ser útiles en el tratamiento del Cáncer u otras enfermedades,
biosensores moleculares con la capacidad de detectar alguna sustancia de interés como
glucosa o algún biomarcador de alguna enfermedad, nanobots programados para
reconocer y destruir células tumorales o bien reparar algún tejido como el tejido oseo a
raíz de un fractura, nanopartículas con propiedades antisépticas y desinfectantes, etc..
Aplicaciones de la Nanotecnología
8.
Industria de Alimentos
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la industria de Alimentos incluye
aplicaciones de nanosensores y nanochips útiles en en el aseguramiento de la
calidad y seguridad del alimento, dispositivos que funcionen como nariz y
lengua electrónica, detección de frescura y vida útil de un alimento, detección
de microorganismos patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas y
otros contaminantes, desarrollo de Nanoenvases, Nanoalimentos con
propiedades funcionales nutritivas y saludables, o con mejores propiedades
organolépticas.
Textil
Desarrollo de tejidos que repelen las manchas y no se ensucian y sean
autolimpiables, antiolores, incorporación de nanochips electrónicos que den la
posibilidad de cambio de color a las telas, o bien el control de la temperatura,
estos últimos están dentro de lo que se llama “tejidos inteligentes”
Aplicaciones de la Nanotecnología
9. Construcción
Desarrollo de Materiales (Nanomateriales) mas fuertes y ligeros, con mayor resistencia,
vidrios que repelen el polvo, humedad, pinturas con propiedades especiales, materiales
autorreparables, etc..
Electrónica
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la electrónica comprenden el desarrollo de
componentes electrónicos que permitan aumentar drasticamente la velocidad de
procesamiento en las computadoras, creación de semiconductores, nanocables cuánticos,
circuitos basados en Grafeno o Nanotubos de Carbono.
Tecnologías de la comunicación e informática
Las aplicaciones de la Nanotecnología en las tecnologías de la comunicación e
informática, comprende el desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de mayor
capacidad y menor tamaño, dispositivos de visualización basados en materiales con
mayor flexibilidad u otras propiedades como transparencia que permitan crear pantallas
flexibles y transparentes, además el desarrollo de la computación cuántica.
Aplicaciones de la Nanotecnología
10.
Agricultura
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la Agricultura, tienen relación con
mejoras en plaguicidas, herbicidas, fertilizantes, mejoramiento de suelos,
nanosensores en la detección de niveles de agua, Nitrógeno , agroquímicos,
etc..
Ganadería
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la Ganadería dicen relación con el
desarrollo de Nanochips para identificación de animales, Nanopartículas para
administrar vacunas o fármacos, nanosensores para detectar microorganismos
y enfermedades además de sustancias tóxicas.
Cosmética
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la cosmética implica el desarrollo de
cremas antiarrugas o cremas solares con nanopartículas.
Aplicaciones de la Nanotecnología
11.
Cargador ultra rápido para batería de celular basado en Nanotecnología
La Start-up StoreDot, del departamento de Nanotecnología de la Universidad
de Tel Aviv Israel, ha presentado recientemente en la conferencia Think next
de Microsoft, un prototipo revolucionario que promete cargar la batería de un
celular en sólo segundos, este cargador esta basado en semiconductores
construidos a partir de péptidos, estos últimos estructurados por aminoácidos
que son las unidades constituyentes de las proteínas, en este prototipo, los
péptidos se autoensamblan espontáneamente creando estructuras
nanometricas llamadas puntos cuánticos que poseen interesantes propiedades
piezoeléctricas, actualmente este prototipo tiene un tamaño de un cargador de
Portátil, sin embargo, sus creadores están trabajando para reducir su tamaño,
se espera su comercialización para el año 2016. A continuación un vídeo en
donde se muestra la carga de una batería de un Smartphone Samsung Galaxy
S4 desde 0 hasta 100% en solo 30 segundos
Avances de la Nanotecnología
12. Nanochip dentro de células vivas para medir presión intracelular
El estudio de células individuales, es de gran importancia en biomedicina, ya que existen
muchos procesos y propiedades a nivel bioquímico, electroquímico, mecánico y térmico,
que pueden ser seguidos en tiempo real, recientemente en una publicación en la revista
Nature Nanotechnology, investigadores españoles han logrado por primera vez
introducir un chip electrónico con sensores dentro de una célula viva, en este caso para
medir la presión intracelular.
El diseño del chip intracelular comprende un sensor mecánico rodeado por 2 membranas
separadas por un espacio vacío, estas membranas actúan como espejos de reflexión
paralelos, que constituye un resonador de Fabry-Perot, de forma tal que la presión
externa desvía las membranas y los cambios de intervalo que a su vez, modifican la
intensidad de la luz reflejada en el centro de las membranas.
Es importante destacar que estos chips intracelulares no producen daños en las
membranas celulares preservando la integridad de estas, manteniéndose las
células sanas y viables capaces de funcionar normalmente. A continuación un vídeo en
donde se muestra una célula con un chip intracelular en su interior, en donde se aprecia
como ésta se divide en forma normal.
Avances de la Nanotecnología
13. Generación de Energía eléctrica utilizando Grafeno
El Carbono se encuentra en la naturaleza en diversas formas alotrópicas, dentro de ellas
tenemos al Grafito, Diamante, Nanotubos de Carbono, Fullerenos y Carbinos, El Grafito
esta compuesto por una serie de capas de estructura laminar plana (bidimensional) con
espesor de un átomo, estas capas constituyen el Grafeno, en estas capas el carbono posee
una hibridación sp2 que trae como consecuencia que su estructura sea un arreglo
hexagonal similar a un panal de abejas, y esta estructura particular es la que confiere las
propiedades mecánicas, químicas, electrónicas exepcionales con aplicaciones en todas las
áreas, por lo que se le ha llamado el material del futuro, dentro de las miles de
aplicaciones, recientemente un grupo de investigadores logró generar corriente eléctrica
utilizando Grafeno, para ello hicieron circular agua con iones cloruro sobre la estructura
laminar del grafeno, de tal forma que estos sufrieron un proceso de adsorción sobre la
superficie, y el arrastre de estos iones adsorvidos en la dirección del flujo, generaron una
diferencia de potencial, si bien esto se había logrado con Nanotubos de Carbono, con
Grafeno el proceso es mucho mas eficiente, se espera a futuro desarrollar grandes
superficies recubiertas con grafeno en las que circule algun líquido iónico, y asi generar
grandes cantidades de energía, el tiempo dirá si esta fuente energética sea la energía del
futuro. A continuación un video general sobre el Grafeno y sus aplicaciones.
Avances de la Nanotecnología
14.
Crean detector de explosivos ultrasensible basado en Nanotecnología
Científicos Israelíes de la Universidad de Tel Aviv, han desarrollado un
detector de bombas explosivas, basado en Nanotecnología, que es mil
veces mas sensibles que el olfato de perros adiestrados, este detector es
capaz de percibir distintos tipos de explosivos, además de múltiples
compuestos químicos y biológicos.
El dispositivo consiste en un Chip que posee una matriz de nanocables de
Silicio, recubiertos por un compuesto orgánico del tipo amina, el cual se
une directamente con las moléculas del explosivo, al unirse esto provoca
un cambio en la conductancia de los cables.
El Chip fue puesto a prueba frente a explosivos líquidos ademas de
vapores de TNT mezclados con el aire, detectandolos en forma exitosa,
ahora el grupo está trabajando en el diseño de matrices de nanocables
recubiertos por otras moléculas para así detectar otros tipos de explosivos
Avances de la Nanotecnología
15.
Generación de energía a partir del sonido aplicando Nanotecnología
Una de las grandes aplicaciones de la Nanotecnología es la generación de
energía, recientemente investigadores coreanos han descrito un trabajo muy
innovador en la que demostraron que es posible aprovechar la energía del
sonido para generar energía eléctrica, y esto basado en que el sonido en el
fondo es una forma de energía mecánica que viaja a través de la materia como
una vibración en forma de onda, y para poder aprovechar esta energía
mecánica, utilizaron nanogeneradores basados en nanocables piezoelectricos
de oxido de zinc, que tienen la particularidad de poseer una mayor
sensibilidad, para así poder captar estas pequeñas vibraciones asociadas al
sonido. En el experimento se aplicó un sonido de ~100 dB sobre el
nanogenerador, y este registro un potencial de salida de 50 mV.
Esta nueva tecnología podría tener muchas aplicaciones, por ejemplo cargar el
celular a través de las conversaciones, o generar electricidad en las carreteras a
partir del ruido de los automóviles, etc.. a continuación un esquema del
nanogenerador piezoeléctrico basado en nanocables de oxido de Zinc.
Avances de la Nanotecnología
16.
Crean el mapa de la tierra 3D más pequeño aplicando Nanotecnología
Científicos de IBM, lograrón tallar el relieve 3D, del mapa completo de la
tierra mas pequeño que existe, sus dimensiones son de 22*11 micrómetros
y esta compuesto por 500.000 pixel, donde cada pixel tiene un área de 20
nanómetros cuadrados, y fue creado en tan sólo 2 minutos y medio. Para
lograr esta hazaña, IBM ha desarrollado una Tecnología, en la que
diseñaron un instrumento cuya punta afilada es de Silicio, y su tamaño es
100.000 veces mas pequeña que la punta de un lápiz.
Lo importante de este logro no es el mapa en si, sino que la capacidad que
esta teniendo el hombre, en miniaturizar y poder jugar a escala
nanotecnologica, esto podría tener aplicaciones por ejemplo, en el
desarrollo de Chips con mas potencia en forma rápida y a un menor
costo. A continuación un video de IBM donde explican esta tecnología.
Avances de la Nanotecnología
17.
Electricidad a partir de Nanotubos de Carbono
Científicos del MIT(Massachusetts Institute of Technology) han
descubierto una nueva forma de producir electricidad a partir de
nanotubos de Carbono, este descubrimiento lo lograron recubriendo
a los nanotubos con una capa de combustible altamente reactivo el
cual al descomponerse produce calor, este calor generado viaja
rapidamente en forma de onda térmica a través de los nanotubos,
esta veloz propagación del calor a través de los nanotubos de carbono
empuja los electrones generando así una corriente eléctrica, en el
fondo se trata de una forma muy innovadora de convertir la energía
térmica en energía eléctrica con un rendimiento excelente. Las
aplicaciones de esta tecnología podrían ser muy variadas como el
desarrollo de dispositivos electrónicos micrometricos, o el desarrollo
de nanosensores con aplicaciones en medicina o medio ambiente.
Avances de la Nanotecnología
18.
Primera Imagen de molécula en la que se visualizan los atomos y
enlaces químicos
Científicos pertenecientes al Laboratorio de IBM en Zurich Suiza,
han logrado por primera vez obtener imagenes con gran detalle de
la estructura de una molécula, en la que es posible apreciar los
átomos y sus enlaces químicos. Esta imagen la obtuvieron de la
molécula de Pentaceno, que mide tan sólo 1,4 nanométros, y esta
compuesta por 36 átomos(12 de Carbono y 14 de Hidrogeno), para
lograrlo utilizaron un Microscopio de Fuerzas Atómicas
(AFM). Este trabajo que publicado en la prestigiosa revista
Science, supone un gran avance en la nanotecnología, sobre todo
en la Nanoelectrónica cuyas aplicaciones podrían tener implicancia
en el desarrollo de nuevos componentes y dispositivos
electrónicos.
Avances de la Nanotecnología
19.
Televisores basados en Nanotecnología
Investigadores de la universidad de Houston han
desarrollado una nueva técnica para el desarrollo de
pantallas de televisores, basada en los principios de la
nanotecnología, estas pantallas denominadas FED (Field
Emision Display) remplazarán a los conocidos LCD, su
construcción esta hecha en base a nanotubos de carbono, que
son los emisores mas eficientes que existen, otorgandole así
una mayor resolución y combinando en una sola pantalla las
mejores caracteristicas del CRT y de los LCD, se espera que
esten en el mercado dentro de los próximos 5 a 10 años.
Avances de la Nanotecnología
