En este artículo compartiremos información sobre qué es la nanotecnología y para qué se usa, puesto que la nanotecnología tiene mucho potencial de uso y aún poco desarrollo.
Generalidades
Las nanotecnologías aprovechan las propiedades únicas de partículas diminutas que se miden en la escala del nanómetro.
Un nanómetro equivale a una millonésima de milímetro.
Por ejemplo, un cabello humano tiene aproximadamente una anchura de 80000 nm (ochenta mil nanómetros).
Constituyen un mercado floreciente y en la actualidad son utilizadas en gran cantidad de tecnologías y productos de consumo.
No obstante, los materiales que emplean nanopartículas pueden tener repercusiones para la salud del hombre y el medio ambiente.
Historia de la nanotecnología
Se habló por primera vez de la posibilidad de la nanotecnología y la nanociencia en el año 1959.
El primero en hacer referencia a ellas fue el estadounidense Richard Feynman (1918-1988) ganador del Premio Nobel de Física en 1965.
Fue durante un discurso en el que teorizó acerca de la síntesis por manipulación directa de los átomos.
El término nanotecnología fue acuñado posteriormente en 1974 por el japonés Norio Taniguchi (1912-1999).
A partir de entonces, muchos han sido los que han soñado o han teorizado con la posibilidad de este tipo de máquinas y materiales de avanzada.
Fue el ingeniero estadounidense Kim Eric Drexler (1955-) quien participó en la popularización del término y de este tipo de investigaciones.
El Sr. Drexler es en gran parte responsable del inicio formal del campo de estudio de la nanotecnología en la década de 1980.
Ello, además, está en concordancia con los adelantos de la época en microscopía y al descubrimiento de los fullerenos en 1985.
Es a partir del año 2000 que los nanomateriales comenzaron a emplearse industrialmente.
Esto hace que los gobiernos del mundo comenzaran a invertir enormes sumas en la investigación y desarrollo de la nanotecnología.
Sus aplicaciones en los campos de la bioquímica, medicina e ingeniería genética se hicieron patentes poco después.
Actualmente se trata de uno de los campos científicos de mayor vigencia y demanda incluso en países del llamado Tercer Mundo.
¿Qué es la nanotecnología y para qué sirve?
La nanotecnología es la ciencia que interviene en el diseño, la producción y el uso de estructuras y objetos que tienen al menos una de sus dimensiones en la escala de 0.1 milésimas de milímetro (100 nanómetros) o menos.
Es decir, la nanotecnología es un tipo de tecnología con aplicaciones en diversos ámbitos y que se centra en los materiales a nano escala y sus propiedades.
Por lo tanto, la nanotecnología trabaja con el nanómetro (nm) como unidad de medida (correspondiente a una mil millonésima parte de un metro).
El término nanotecnología se deriva del prefijo griego νάνος (nanos).
La nanotecnología promete tener repercusiones de gran alcance para la sociedad.
Al día de hoy se emplea en sectores como el de la información y las comunicaciones.
También se utiliza en cosméticos, protectores solares, textiles, revestimientos, algunas tecnologías alimentarias y energéticas o en determinados productos sanitarios y fármacos.
Además, la nanotecnología podría ayudar a reducir la contaminación ambiental.
La nanotecnología no está exenta de riesgos
Las nanopartículas manufacturadas tienen propiedades y efectos muy diferentes a los de los mismos materiales en tamaños convencionales.
Ese hecho puede plantear nuevos riesgos para la salud del hombre y de otras especies.
De ese modo es posible que los mecanismos de defensa del hombre no consigan reaccionar adecuadamente ante la presencia de dichas partículas manufacturadas.
Eso es debido a que poseen características completamente desconocidas para estos mecanismos de defensa.
Asimismo, las nanopartículas podrían además propagarse y persistir en el entorno, con el consiguiente impacto para el medio ambiente.
Situación actual de la nanociencia y la nanotecnología
Los conocimientos actuales sobre la nanociencia derivan de avances en los campos de la química, física, ciencias de la vida, medicina e ingeniería.
Existen diferentes sectores en los que la nanotecnología se encuentra en proceso de desarrollo o incluso en fase de aplicación práctica.
En la ciencia de los materiales, las nanopartículas hacen posible la fabricación de productos con propiedades mecánicas nuevas.
Por ejemplo, incluso en términos de superficie de rozamiento, de resistencia al desgaste y de adherencia.
Los componentes más pequeños del chip de una computadora se miden a nanoescala
Dentro de la biología y la medicina, los nanomateriales son empleados para la mejora del diseño de fármacos y su administración dirigida.
Además se trabaja en desarrollar de nanomateriales para instrumental y equipos analíticos.
Ya se incorporan nanopartículas en productos de consumo tales como cosméticos, protectores solares, fibras, textiles, tintes y pinturas.
En el rubro de la ingeniería electrónica, las nanotecnologías se utilizan, por ejemplo, en el diseño de dispositivos de almacenamiento de datos de menor tamaño, más rápidos y con un menor consumo de energía.
También los instrumentos ópticos, tales como los microscopios, se han beneficiado de los avances de la nanotecnología.
Propiedades físicas y químicas de las nanopartículas
Es frecuente que las nanopartículas cuenten con propiedades físicas y químicas muy diferentes a las de los mismos materiales a escala convencional.
Las propiedades de las nanopartículas van a depender de su forma, tamaño, características de superficie y estructura interna.
La presencia de ciertas sustancias químicas también puede alterar dichas propiedades.
La composición de las nanopartículas así como los procesos químicos que tienen lugar en su superficie pueden alcanzar una gran complejidad.
Las nanopartículas pueden agruparse o permanecer en estado libre, de acuerdo con las fuerzas de atracción o repulsión que intervengan entre ellas.
Formación de las nanopartículas
Las nanopartículas libres pueden aparecer de forma natural, ser liberadas involuntariamente en procesos industriales o domésticos como la cocina, la fabricación y el transporte, o diseñarse específicamente para productos de consumo y tecnologías punta.
En estado líquido, las nanopartículas manufacturadas se forman generalmente a partir de reacciones químicas controladas.
Mientras que las que se forman de manera natural aparecen por la erosión y degradación química de plantas, arcillas, etc.
En estado gaseoso, tanto las nanopartículas de origen natural como las manufacturadas se forman mediante reacciones químicas que transforman los gases en gotas minúsculas que posteriormente se condensan y se expanden.
En muy pocas ocasiones se forman mediante la descomposición de partículas de mayor tamaño.
Sea en las zonas rurales o en las urbanas, un litro de aire puede contener millones de nanopartículas.
En las zonas urbanas, lamayor parte de las nanopartículas provienen de motores diésel o automóviles con catalizadores defectuosos o funcionando en frío.
En ciertos lugares de trabajo, la exposición a las nanopartículas presentes en el aire puede plantear un riesgo potencial para la salud.
Aplicaciones de las nanopartículas en los productos de consumo
Las nanopartículas hacen posible la creación de superficies y sistemas más fuertes, ligeros, limpios e inteligentes.
Actualmente suelen utilizarse en la producción de lentes que no se rayan, pinturas antigrietas, revestimientos antigrafiti para muros, protectores solares transparentes, etc.
Las nanopartículas pueden servir para incrementar la seguridad de los automóviles.
Ello se consigue, por ejemplo, mejorando la adherencia de los neumáticos, la rigidez del chasis o eliminando los deslumbramientos y empañamientos en los cristales y cuadros de mandos.
También pueden emplearse para mejorar la seguridad de los alimentos y su embalaje.
En última instancia, tienen una amplia variedad de aplicaciones prácticas en biología y medicina.
Son útiles, por ejemplo, para dirigir fármacos hacia los órganos o células deseados.
Ejemplos de nanotecnología
Nanotecnología en la alimentación
La alimentación constituye uno de los ámbitos en que se aplica la nanotecnología.
Procesamiento
El procesamiento de comida implica algunos ejemplos de nanotecnología como:
- La purificación de agua mediante nanomembranas.
- El refinado de aceite ya utilizado a través de un nanodispositivo catalítico.
Envasado
En cuanto al envasado de alimentos pueden incorporarse nanopartículas de elementos como el dióxido de silicio en los materiales de los envases.
De esta manera, se busca mejorar las características de estos envases, tal como el aumento de la resistencia al calor.
Nanotecnología en medicina
En el ámbito de la medicina, la nanotecnología posibilita, por ejemplo, realizar diagnósticos moleculares de mayor precisión y complejidad.
Es así que nanotecnología ofrece la posibilidad de diagnosticar enfermedades de origen genético o infeccioso con mayor antelación.
También, el tratamiento de gran número de enfermedades se ve mejorado mediante el empleo de la nanotecnología.
Un ejemplo de nanotecnología que tiene multitud de aplicaciones en el campo de la investigación médica son los biochips a nanoescala.
Para el diagnóstico y tratamiento del cáncer, por ejemplo, la nanotecnología se está mostrando como una herramienta muy útil.
Una de sus aplicaciones consiste en la creación de nanopartículas que funcionan como transportadores de fármacos en el interior del organismo.
Efectos perjudiciales que podrían tener las nanotecnologías
Ciertas nanopartículas poseen las mismas dimensiones que determinadas moléculas biológicas y pueden interactuar con ellas.
Les resulta posible moverse en el interior del cuerpo humano y de otros organismos.
Pueden pasar a la sangre y entrar en órganos como el hígado o el corazón, y podrían también atravesar membranas celulares.
Demandan especial preocupación las nanopartículas insolubles, debido a que pueden permanecer en el cuerpo durante largos periodos de tiempo.
Los parámetros que influyen sobre los efectos de las nanopartículas para la salud son:
- Su tamaño. Las partículas de menor tamaño pueden implicar un peligro mayor.
- La composición química.
- Las características de su superficie.
- Su forma.
Al ser inhaladas, las nanopartículas pueden depositarse en los pulmones y desplazarse hasta otros órganos como el cerebro, el hígado y el bazo.
También es posible que puedan llegar al feto en el caso de mujeres embarazadas.
Algunos materiales podrían tornarse tóxicos si se inhalan en forma de nanopartículas.
Las nanopartículas inhaladas podrían provocar inflamaciones pulmonares y problemas cardíacos.
Vehículos para los fármacos
Las nanopartículas se usan como vehículo para que los fármacos puedan llegar en mayor cantidad a las células deseadas.
Y también con el fin de disminuir los efectos secundarios del fármaco en otros órganos.
No obstante, existen ocasiones en que no es fácil diferenciar la toxicidad del fármaco de la toxicidad de la nanopartícula.
Se dispone de muy poca información sobre el comportamiento de las nanopartículas en el cuerpo, salvo tratándose de las partículas en suspensión que llegan a los pulmones.
Cuando se evalúan los efectos de las nanopartículas sobre la salud debería considerarse que la edad, los problemas respiratorios y la confluencia de otros contaminantes pueden influir en algunos de los efectos sobre la salud.
Es escaso el conocimiento que se tiene sobre los efectos de las nanopartículas sobre el medio ambiente.
Aún así, es probable que muchas de las conclusiones de los estudios con seres humanos puedan extrapolarse a otras especies.
De todos modos, es necesario seguir investigando.
Aplicaciones de la nanotecnología
La nanotecnología es aplicable en distintos ámbitos como la física, química, medicina, ingeniería y mecánica.
El desarrollo de la nanotecnología permite la mejora de muchos productos y abre nuevas posibilidades.
En el ámbito de la seguridad, por ejemplo, la nanotecnología permite la elaboración de microsensores, que resultan ser más efectivos.
Dentro del ámbito industrial, la nanotecnología presenta tres grandes áreas de aplicación:
- La primera es la de los nanomateriales.
- La segunda se refiere a los nanointermediarios.
- Y la última se relaciona con los nanoproductos.
Mediante la nanotecnología se elaboran plaguicidas o fertilizantes que colaboran con la agricultura.
Algunas de las actuales aplicaciones de la nanotecnología tienen que ver con:
• Industria textil
Se usa en la creación de tejidos inteligentes, capaces de comportamientos pre-programados en chips u otros instrumentos electrónicos.
De este modo pueden ser autolimpiantes, repelentes de manchas o pueden cambiar de coloración y de temperatura.
• Diseño agrícola.
Para la elaboración de plaguicidas, pesticidas y fertilizantes de bioquímica controlada que permitan el mejoramiento de los suelos.
También para la creación de nanosensores usados en la detección de aguas subterráneas, concentración de nutrientes, etc.
• Apoyo a la ganadería
Sirven para la fabricación a través de nanopartículas de vacunas y fármacos para cuidar la salud del ganado.
Además de la producción de nanosensores que sean capaces de alertar sobre la presencia de enfermedades, parásitos, etc.
• Industria alimenticia
En este rubro se desarrollan sensores alimenticios, que son elementos que pueden comprobar la viabilidad de los alimentos.
Asimismo, manufactura de nanoenvases para esta industria, diseñados especialmente para retardar el proceso natural de descomposición de la comida.
• Nanofármacos
Se refiere a una primera generación de productos farmacológicos diseñados con nanosistemas.
Estos nanofármacos son capaces de distribuir de manera eficiente y específica los compuestos activos de las medicinas.
Su objetivo consiste en obtener mejores y más rápidos resultados y minimizando los daños colaterales.
Otras aplicaciones futuras en la industria
Por otra parte, la industria vislumbra como campos futuros de investigación los siguientes:
• Nanoinformática
Consiste en el diseño de sistemas computarizados de enorme potencia y rapidez a través de nanosistemas.
• Nanotermología
Es la aplicación de nanomáquinas para regular de manera eficiente y rápida la temperatura local.
• Nanoenergías
Las cuales pudiesen ser eficientes, seguras y de bajo impacto ambiental, como una solución a la crisis energética con que inicia el siglo XXI.
• Soluciones ambientales
Podrían desarrollarse sistemas nanotecnológicos de eliminación de residuos peligrosos o de eliminación de basura.
Ejemplos de nanotecnología
Algunos ejemplos de la aplicación nanotecnológica actual y futura a problemas humanos son los siguientes:
• Silicio negro bactericida
Un grupo de científicos australianos y españoles anunciaron la creación de un material conocido como silicio negro.
La composición molecular de este elemento impide, sin necesidad de productos añadidos, la proliferación de numerosas especies de bacterias grampositivas y gramnegativas.
Asimismo, puede disminuir la efectividad de ciertos tipos de endosporas.
• Nanocirugía mediante un robot
Un laboratorio suizo se prepara para probar su primer microrobot guiado magnéticamente.
Con este microrobot se espera poder llevar a cabo microcirugías sin abrir al paciente, simplemente inyectándolo dentro del cuerpo mediante una pequeña aguja.
También en EEUU han sido probados modelos semejantes de microbombas, que liberan fármacos en el ojo cuando es necesario.
• Nanovacunas
Las nanovacunas pueden ayudar al sistema inmunológico a luchar contra las enfermedades.
Consiste en sistemas de protección ante enfermedades basados en la introducción de nanosistemas al organismo.
Estos nanosistemas se ocuparían de asistir al sistema inmunológico en la lucha contra todo tipo de nuevas enfermedades.
Las promesas de la nanotecnología para el adelanto de la medicina son, cuando menos, impresionantes.
• Nanotratamientos para enfermedades incurables
Soluciones nanotecnológicas para el cáncer, el VIH/SIDA o el mal de Alzheimer podrían llegar de la mano de robots bioquímicos inyectados en el cuerpo humano.
• Enlentecimiento nanotecnológico del envejecimiento
Algún día podríamos, mediante nanopartículas, combatir el envejecimiento a un nivel molecular y alargar todavía más nuestras expectativas de vida útil, retrasando la senilidad.
• Reprogramación genética.
Mediante nanorobots sería posible modificar nuestro ADN y eliminar de manera paulatina los genes portadores de enfermedades congénitas, de deficiencias y otros males.
Así mejoraría la calidad de vida de la especie en general.
Esto, sin embargo, exige también repensar las leyes morales de la ciencia hasta cierto nivel.
Nanotecnología y biotecnología
La biotecnología consiste en la aplicación de soluciones tecnológicas a problemas de índole biológico.
La misma asciende a un nuevo nivel gracias a la introducción de las nanociencias.
La posibilidad de programar o reprogramar seres vivos mediante la intervención nanotecnológica del ADN podría permitirnos conducir la vida hacia senderos más convenientes.
Sin embargo, la combinación de biotecnología y nanotecnología implicará importantes riesgos éticos y biológicos.
La humanidad sabe de sobra lo que ocurre cuando intenta jugar a ser Dios.
Por ejemplo, la producción de vacas más lecheras y con más carne, cultivos resistentes a las plagas, etc., deberá siempre ir de la mano con la reflexión sobre nuestro lugar en el orden natural del mundo.
Conclusión
La nanotecnología trabaja con materiales y mecanismos a escalas sumamente pequeñas.
Ello hace que sea aplicable a un nivel en que la ciencia común no puede llegar.
Tiene muchas aplicaciones para mejorar la calidad de vida.
Sin embargo, hay que tener en cuenta los posibles riesgos que puede acarrear a seres humanos, otros seres vivientes y el ambiente.
En definitiva, es posible que la nanotecnología pueda desarrollarse mucho más y cada vez tenga mayor presencia en nuestra vida diaria.