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Nanotecnología

• nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica. La más temprana y difundida descripción de la nanotecnología1 2 se refiere a la meta tecnológica particular de manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a microescala, ahora también referida como nanotecnología molecular. Subsecuentemente una descripción más generalizada de la nanotecnología fue establecida por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología como la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1 a 100 nanómetros. Esta definición refleja el hecho de que los efectos de la mecánica cuántica son importantes a esta escala del dominio cuántico y, así, la definición cambió desde una meta tecnológica particular a una categoría de investigación incluyendo todos los tipos de investigación y tecnologías que tienen que ver con las propiedades especiales de la materia que ocurren bajo cierto umbral de tamaño. 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. Debido a la variedad de potenciales aplicaciones (incluyendo aplicaciones
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Historia

• Inspirado en los conceptos de Feynman, en forma independiente K. Eric Drexler usó el término "nanotecnología" en su libro del año 1986 Motores de la Creación: La Llegada de la Era de la Nanotecnología (en inglés: Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology), en el que propuso la idea de un "ensamblador" a nanoescala que sería capaz de construir una copia de sí mismo y de otros elementos de complejidad arbitraria con un nivel de control atómico. También en el año 1986, Drexler co-fundó The Foresight Institute (en castellano: El Instituto de Estudios Prospectivos), con el cual ya no tiene relación, para ayudar a aumentar la conciencia y comprensión pública de los conceptos de la nanotecnología y sus implicaciones.
• Así, el surgimiento de la nanotecnología como un campo en la década de 1980 ocurrió por la convergencia del trabajo teórico y público de Drexler, quien desarrolló y popularizó un marco conceptual para la nanotecnología, y los avances experimentales de alta visibilidad que atrajeron atención adicional a amplia escala a los prospectos del control atómico de la materia.
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Conceptos fundamentales

• La nanotecnología es la ingeniería de sistemas funcionales a escala molecular. Esto cubre tanto el actual trabajo como conceptos que son más avanzados. 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.
• Un nanómetro (nm) es la mil millonésima parte, o 10−9, de un metro. Por comparación, los típicos largos de enlaces carbono-carbono, o el espacio entre estos átomosen una molécula, están alrededor de los 0,12–0,15 nm y la doble hélice de un ADN tiene un diámetro de alrededor de 2 nm. Por otra parte, la forma de vida celularmás pequeña, la bacteria del género Mycoplasma, tienen alrededor de 200 nm de largo. Por convención, la nanotecnología es medida en el rango de escala de entre 1 a 100 nm de acuerdo a la definición usada por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional en Estados Unidos. El límite inferior está dado por el tamaño de los átomos (el hidrógeno tiene los átomos más pequeños, que tienen un diámetro aproximado de un cuarto de nm) dado que la nanotecnología debe fabricar sus dispositivos a partir de átomos y moléculas. El límite superior es más o menos arbitrario pero se encuentra alrededor del tamaño en que fenómenos que no pueden ser observados en estructuras más grandes comienzan a ser aparentes y pueden ser usados en el nanodispositivo.17 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

Nanomateriales

• El campo de los nanomateriales incluye los subcampos que desarrollan o estudian los materiales que tienen propiedades únicas que surgen de sus dimensiones a nanoescala.30
• La ciencia de Interfaz y coloide ha identificado muchos materiales que pueden ser útiles en la nanotecnología, tales como los nanotubos de carbono y otros fullerenos, y varias nanopartículas y nanoroides. Los nanomateriales con rápido transporte de iones también están relacionados a la nanoiónica y a la nanoelectrónica.
• Los materiales a nanoescala también puede ser usados para aplicaciones en volumen; la mayoría de las aplicaciones comerciales actuales de la nanotecnología son de este tipo.
• Se ha realizado progreso en la utilización de estos materiales para aplicaciones médicas, ver nanomedicina.
• Los materiales a nanoescala tales como los nanopilarres algunas veces son usados en las celdas solares para bajar los costos de las celdas solares de silicio tradicionales.
• El desarrollo de aplicaciones que incorporan nanopartículas semiconductoras
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Herramientas y técnicas

• Existen varios importantes desarrollos modernos. El microscopio de fuerza atómica (en inglés: Atomic Force Microscope, AFM) y el microscopio de efecto túnel (en inglés: Scanning Tunneling Microscope, STM) son versiones tempranas de las sondas de barrido que lanzaron la nanotecnología. Existen otros tipos de microscopio de sonda de barrido. Aunque conceptualmente similares a los microscopios confocales de barrido desarrollados por Marvin Minsky en el año 1961 y al microscopio acústico de barrido (en inglés: Scanning Acoustic Microscope, SAM) desarrollado por Calvin Quate y asociados en la década de 1970, los microscopios de sonda de barrido más nuevos tienen una mucho más alta resolución, dado que ellos no están limitados por la longitud de onda del sonido o la luz.
• La punta de una sonda de barrido también puede ser usada para manipular nanoestructuras (un proceso conocido como ensamblaje posicional). La metodología de barrido orientado a la característica sugerida por Rostislav Lapshin parece ser una forma prometedora de implementar estas nanomanipulaciones en modo automático.44 45Sin embargo, esto es aún un proceso lento debido a la baja velocidad de barrido del microscopio.
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Inversión

• Algunos países en vías de desarrollo ya destinan importantes recursos a la investigación en nanotecnología. La nanomedicina es una de las áreas que más puede contribuir al avance sostenible del Tercer Mundo, proporcionando nuevos métodos de diagnóstico y cribaje de enfermedades, mejores sistemas para la administración de fármacos y herramientas para la monitorización de algunos parámetros biológicos.
• Alrededor de cuarenta laboratorios en todo el mundo canalizan grandes cantidades de dinero para la investigación en nanotecnología. Unas trescientas empresas tienen el término “nano” en su nombre, aunque todavía hay muy pocos productos en el mercado.[cita requerida]
• Algunos gigantes del mundo informático como IBM, Hewlett-Packard ('HP)' NEC e Intel están invirtiendo millones de dólares al año en el tema. Los gobiernos del llamado Primer Mundo también se han tomado el tema muy en serio, con el claro liderazgo del gobierno estadounidense, que dedica cientos millones de dólares a su National Nanotechnology Initiative.
• En España, los científicos hablan de “nanopresupuestos”. Pero el interés crece, ya que ha habido algunos congresos sobre el tema: en Sevilla, en la Fundación San Telmo, sobre oportunidades de inversión, y en Madrid, con una reunión entre responsables de centros de nanotecnología de Francia, Alemania y Reino Unido en la Universidad Autónoma de Madrid.
• Las industrias tradicionales podrán beneficiarse de la nanotecnología para mejorar su competitividad en sectores habituales, como textil, alimentación, calzado, automoción, construcción y salud. Lo que se pretende es que las empresas pertenecientes a sectores tradicionales incorporen y apliquen la nanotecnología en sus procesos con el fin de contribuir a la sostenibilidad del empleo. Actualmente la cifra en uso cotidiano es del 0.2 %. Con la ayuda de programas de acceso a la nanotecnología se prevé que en 2014 sea del 17 % en el uso y la producción manufacturera.

Nanotecnología avanzada

• La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) 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, principalmente) de la mina del lápizpodemos 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.
• A partir de los incontables ejemplos encontrados en la biología se sabe que miles de millones de años de retroalimentación evolucionada puede producir máquinas biológicas sofisticadas y estocásticamente optimizadas. Se tiene la esperanza que los desarrollos en nanotecnología harán posible su construcción a través de algunos significados más cortos, quizás usando principios biomiméticos. Sin embargo, K. Eric Drexler y otros investigadores han propuesto que la nanotecnología avanzada, aunque quizá inicialmente implementada a través de principios miméticos, finalmente podría estar basada en los principios de la ingeniería mecánica.
• Determinar un conjunto de caminos a seguir para el desarrollo de la nanotecnología molecular es un objetivo para el proyecto sobre el mapa de la tecnología liderado por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios nacionales de EE.UU.) y del Foresigth Institute. Ese mapa debería estar completado a finales de 2006.

Futuras aplicaciones

• Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá, las quince aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:[cita requerida]
• Almacenamiento, producción y conversión de energía.
• Armamento y sistemas de defensa.
• Producción agrícola.
• Tratamiento y remediación de aguas.
• Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
• Sistemas de administración de fármacos.
• Procesamiento de alimentos.
• Remediación de la contaminación atmosférica.
• Construcción.
• Monitorización de la salud.
• Detección y control de plagas.
• Control de desnutrición en lugares pobres.
• Informática.
• Alimentos transgénicos.
• Cambios térmicos moleculares (Nanotermología)

[editar] Nanotecnología al envasado de alimentos

• La conservación de los alimentos es una idea que viene desde los inicios de la historia humana. A partir de la edad prehistórica, la necesidad de mejorar la preservación del alimento mediante diferentes técnicas ha sido un característica del comportamiento humano. Fermentación, salinización, secado al sol, rostización, curado, irradiación, carbonación y la adición de preservantes químicos y físicos, se han desarrollado desde el inicio de la humanidad. Todos estos métodos tienen la misma idea central. Evidencia arqueológica soporta la idea que las técnicas de preservación fueron desarrolladas en las civilizaciones Greca, Romana y Egipcia. Sin embargo, los diversos métodos presentan el desafío de mantener las condiciones originales por periodos de tiempo prolongados.
• Los métodos de envasado de alimentos tienen como objetivo asegurar la calidad de los alimentos para que permanezcan con sus propiedades de manera intacta. Los principales envases tienen como objetivo entregar protección física con el propósito de prevenir la contaminación de los alimentos con otros alimentos o con microorganismos.Los materiales de envasado están confeccionados preferentemente de materiales biodegradables, con el propósito de reducir la contaminación
• Las nanoemulsiones son utilizadas para producir alimentos para aderezo de ensaladas, aceites saborizantes, endulzantes y otros- Ayudan en la liberación de diferentes sabores con la estimulación que tienen relación con calor, pH, ondas de ultrasonidos. etc. Las nanoemulsiones pueden retener los sabores eficientemente y prevenir la oxidación y las reacciones enzimáticas. Las nanoemulsiones son creadas principalmente a través del compromiso de alta energía con homogeneización de alta presión, métodos de ultrasonido, chorros coaxiales líquidos de alta velocidad y métodos con dispositivos de alta velocidad. De forma similar, los métodos de baja energía, compromete emulsificación de membranas, emulsificación espontánea, desplazamiento de solventes, punto de inversión de emulsiones y mediante puntos de inversión de fases. Las nanoemulsiones son creadas por dispersión de la fase líquida en una fase acuosa continua. Los componentes que son utilizados para la creación de nanoemulsiones son del tipo lipofílicos

Nanotecnología del ADN

• Las aplicaciones de la nanotecnología en la biología celular tiene como foco desafiante, la molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN). Se han desarrollado elementos estructurales con una cierta lógica molecular para llevar a cabo acciones terapéuticas en un determinado tipo celular o tejido, llevando a una mayor especificidad y disminuyendo los efectos indeseables de las terapia convencionales. Además las nanoestructuras de ADN pueden ser utilizadas como una unión programable para la unión de fármacos, ligandos diana y otras modificaciones o sistemas como bicapas lipídicas. Por otro lado, se han desarrollado sondas de imagen con buena sensibilidad y especificidad, que se consideran mecanismos de amplificación basados en ADN y que pueden ser programados para interactuar específicamente con las secuencias de ácido ribonucleico (ARN) a nivel intraceular. Otra aplicación es la generación de estructuras de ADN que entregan un control preciso a la organización espacial intraceular, proporcionando una base para desarrollar sistemas de cuantificación a nivel subcelular.55 Las nanoestructuras de ADN como vehículos de liberación de fármacos se ha desarrollado de manera importante en los últimos años. Para tal efecto, los oligodesoxinucleotidos CpG (ODNs) pueden gatillar una respuesta inmune innata activando los receptores tipo Toll del tipo TLR9. Dichos ODNs se han convertido en un interesante cargo terapéutico debido a que puede ser integrado directamente dentro de la nanoestructura del ADN, a través de hibridación. Se han desarrollado moléculas de ADN en forma de Y con motivos CpG que pueden gatillar una respuesta inmune aumentando la eficiencia de captación de macrófagos incrementando la respuesta inmune. Otros hallazgos han llevado a la creación de complejos de vacunas sintéticas por ensamblaje de nanoestructuras de ADN tetraedricas (TDNs) que fueron modificadas con estreptavidina y ODNs CpG. En ese caso la estreptavidina sirve como un antígeno modelo que lleva a que el constructo genere anticuerpos IgG anti-estreptavidina

Nanotecnología 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 generar 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. Dentro de los factores que se consideran del tipo fisicoquímicos, se encuentra el potencial Z, el tamaño de partícula, la carga catiónica de la superficie y la solubilidad
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