La Nanotecnología y sus avances

Usos y beneficios

La nanotecnología forma parte de la siguiente generación de innovación en la ciencia y la ingeniería que transformará a muchos sectores, como el aeroespacial, la energía, las tecnologías de la información, la medicina, la defensa nacional y el transporte. La nanotecnología permitirá el desarrollo de la siguiente generación de materiales que son más fuertes, livianos y duraderos que los materiales usados actualmente en edificios, puentes, aviones, automóviles y otras aplicaciones.

La nanotecnología también representa una gran promesa para crear productos para un mundo más eficiente en cuanto a energía, como celdas de combustible, baterías y paneles solares más eficientes. La nanotecnología puede brindar soluciones para limpiar terrenos y aguas contaminados, y jugará un papel crítico en la transformación de la medicina y el cuidado de la salud.

       Información de seguridad

Los profesionales en salud, seguridad y medio ambiente en el campo de la nanotecnología trabajan para asegurar su desarrollo responsable. Esto consiste en la evaluación y comunicación de los posibles impactos para la salud humana y para el medio ambiente durante todas las etapas del ciclo de vida útil de un producto, como la producción, distribución, uso y disposición o reciclaje. Cualquier riesgo conocido o previsto derivado del uso de nanomateriales se informa en las hojas y etiquetas de seguridad sobre el producto, junto con las precauciones recomendadas para evitar la sobreexposición y las medidas de primeros auxilios en caso de una sobreexposición accidental.

•  Numerosos estudios realizados durante varias décadas indican que, como clase, los nanomateriales no son más o menos peligrosos que otras clases de materiales. En algunos estudios, ciertos nanomateriales han demostrado ser más peligrosos que los materiales de mayor tamaño, pero no hay evidencia de un riesgo único y “nano específico”.

• Varios estudios publicados recientemente indican que las nanopartículas no se absorben en cantidad significativa a través de la piel intacta.

•    Otros estudios demostraron que los nanomateriales agregados a artículos sólidos (películas, plásticos, etc.) no se liberan en cantidades significativas como nanopartículas libres en condiciones normales de uso.

•    Para los trabajadores, se ha probado la eficacia de las medidas precautorias convencionales tales como una ventilación adecuada y el uso de respiradores para controlar la exposición a los nanomateriales aerotransportados.

                                         
                                                                         Regulaciones de nanotecnología

•  Los nanomateriales  y sus aplicaciones están regulados por muchas agencias federales, entre otras la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA), la Administración de Medicamentos y Alimentos (FDA, la Comisión de Seguridad de Productos de Consumo y el Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional. En el marco de la Ley de Control de Sustancias Tóxicas, la EPA solicita informes, pruebas y restricciones sobre el uso de sustancias químicas, incluidos los nanomateriales.

• La Ley Federal de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas (FIFRA) le otorga a la EPA la autoridad para recolectar información sobre las sustancias en productos pesticidas, incluidos los nanomateriales, y la agencia tiene autoridad para actuar frente al uso de nanomateriales en el marco de varias leyes, como la ley de agua limpia, la ley de aire puro.

• En el marco de la Ley Federal de Alimentos, Medicamentos y Cosméticos, la FDA regula muchas aplicaciones de nanotecnología, entre otros dispositivos médicos, farmacéuticos, cosméticos, alimentos y demás productos. Recientemente, la FDA proporcionó lineamientos sobre cómo se abordarán las preguntas sobre nanotecnología en los productos que regula.

• El gobierno de los EE. UU. ha impulsado la investigación en nanotecnología para fomentar el crecimiento y asegurar la competitividad económica de los EE. UU. En el 2000, se estableció el primer esfuerzo coordinado gubernamental dedicado a la nanotecnología, ahora se llama Iniciativa Nacional de Nanotecnología. Desde el 2001 hasta el 2013, los 25 departamentos y agencias federales participantes del NNI han invertido más de 18 mil millones de dólares en la investigación y comercialización de nanotecnología.

Nanomateriales

El campo de los nanomateriales incluye los subcampos que desarrollan o estudian los material tienen propiedades únicas que surgen de sus dimensiones a nanoescala.

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 nanopilares 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 que serán usadas en la siguiente generación de productos, tales como tecnología de pantallas, iluminación, celdas solares e imágenes biológicas.

                                            

                                                                              Ensamblaje interdisciplinario

La característica fundamental de nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que están altamente especializados. Por tanto, los físicos juegan un importante rol no solo en la construcción del microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de la mecánica cuántica. Alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de ciertos átomos hacen jugar a la química un papel importante. En medicina, el desarrollo específico dirigido a nanopartículas promete ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades. Aquí, la ciencia ha alcanzado un punto en el que las fronteras que separan las diferentes disciplinas han empezado a diluirse, y es precisamente por esa razón por la que la nanotecnología también se refiere a ser una tecnología convergente.

Una posible lista de ciencias involucradas sería la siguiente:

1. Química (Moleculares y computacional)
2. Bioquímica
3. Biología molecular
4. Física
5. Electrónica
6. Informática
7. Matemáticas
8. Medicina
9. Nanoingenieria

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 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.

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.