Concepto y Definición de NanotecnolgíaConcepto y Definición de Nanotecnolgía

Introducción¿Que es la Nanotecnología?Definición # 1

La nanotecnología es la ciencia, la ingeniería y la tecnología llevadas a cabo a nanoescala, que

es de 1 a 100 nanómetros.

Definición # 2

La nanociencia y la nanotecnología son el estudio y la aplicación de cosas extremadamente

pequeñas y pueden utilizarse en todos los demás campos científicos, como la química, la

biología, la física, la ciencia de los materiales y la ingeniería.

Definición # 3

¿Que es la Nanotecnología?Definición, Historia, Implicaciones y Usos

Es la ciencia que se encarga de modificar o adulterar la materia como existe, pero aa

diferencia de las ciencias comunesdiferencia de las ciencias comunes, la nanociencia lo hace a un nivel molecular e incluso

supramolecular, esto es, a una escala menor a un micrómetro .

Conceptos de Nanotecnología

Para ayudarle a entender exactamente lo que es la nanotecnología, le daremos una o dos

definiciones según varios autores.definiciones según varios autores.

Estableciendo una definición única de esta ciencia

Debido a que la nanotecnología aún está evolucionando, no parece haber ninguna definición

en la que todo el mundo esté de acuerdo.

Más allá de eso, diferentes individuos y grupos se centran en diferentes aspectos de la

nanotecnología como disciplina. He aquí algunas definiciones de lo que es la nanotecnología

para su consideración:

“Estructuras, dispositivos y sistemas con propiedades yfunciones novedosas debido a la disposición de sus átomos enla escala de 1 a 100 nanómetros. Muchos campos de trabajocontribuyen a la nanotecnología, incluyendo la física molecular,la ciencia de los materiales, la química, la biología, lainformática, la ingeniería eléctrica y la ingeniería mecánica”.

Esta definición de The Foresight Institute añade una mención a los diversos campos de la

ciencia que entran en juego con la nanotecnología.

“La nanotecnología es el estudio de fenómenos y la puesta apunto de materiales a escala atómica, molecular ymacromolecular, en los que las propiedades difierensignificativamente de las de mayor escala. Los productosbasados en la nanotecnología ya están en uso y los analistasesperan que los mercados crezcan en cientos de miles demillones de euros durante esta década”.

La Comisión Europea ofrece esta definición de lo que es la nanotecnología, que repite el hecho

mencionado en la definición anterior de que los materiales a nanoescala tienen propiedades

novedosas y posiciona a la nanotecnología frente a su potencial en el mercado económico.

“La nanotecnología es la comprensión y el control de la materiaen dimensiones entre aproximadamente 1 y 100 nanómetros,donde fenómenos únicos permiten aplicaciones novedosas. Lananotecnología, que abarca la ciencia, la ingeniería y latecnología a nanoescala, incluye la creación de imágenes, lamedición, el modelado y la manipulación de la materia a estaescala de longitud”.

Esta definición de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología añade el hecho de que la

nanotecnología implica ciertas actividades, como la medición y manipulación de la materia a

nanoescala.

“La nanotecnología es un fenómeno económico, empresarial ysocial que se avecina. Los nano-abogados argumentan querevolucionará la forma en que vivimos, trabajamos y noscomunicamos.”

Esta última está tomada de una definición de nanotecnología de Thomas Theis, director de

ciencias físicas del IBM Watson Research Center. Ofrece una perspectiva más amplia e

interesante del papel y el valor de la nanotecnología en nuestro mundo.

Extraído de Nanotechnology For Dummies (2ª edición), de Wiley Publishing

La modificación y alteración de la materia se realiza a un nivel de nanómetros. Un nanobot

tan pequeño como 50 nm (nanómetros) sera mas o menos de 5 capas de moléculas o átomos

(dependiendo de sus materiales de construcción).

Hecho interesante :Para saber el tamaño real de un nanómetro, debes tomar un

milímetro y dividirlo en un millón de partes, una de esas partes , se considera un

nanómetro.

Lo puedes hacer igual con un metro, pero entonces debes dividir ese metro en mil

millones, y una de esas partes es un nanómetro. Así de pequeña es esta medida.

Esto se expresa como : 10-9

En realidad la palabra “Nano” es una medida y no una cosa. Nano es la distancia entre dos

átomos. Esto quiere decir, que la Nanotecnologia abarca y comprende muchasNanotecnologia abarca y comprende muchas

disciplinasdisciplinas, que tienen en común la escala a la cual trabajan.

Como es una ciencia relativamente nueva, no se conoce todavía el impacto que tendrá sobre

los materiales y sobre el medio ambiente, o la economía, o incluso especulaciones sobre

diferentes escenarios apocalípticos, que hemos visto en diversas películas y series de ciencia

ficción, lo cual ha llevado a un debate abierto de las partes interesadas (Grupos de defensa y

Gobiernos) sobre si una regulación es necesaria, que tipo de regulación, y como aplicarla.

Lee :

Startup promete inmortalidad a través de IA,nanotecnología y clonación

La Nanotecnología Hoy

El término se utiliza ahora para describir la investigación en la física correspondiente a los

semiconductores y otros campos de la química, así como en áreas de ingeniería mecánica y

tecnología de alimentos (nanoalimentos). Hablamos ahora de las “Nanotecnologías” así como

las tecnologías a nano escala con muchos tipos de aplicaciones militares e industriales, por lo

que muchos gobiernos han invertidos cuantiosas sumas de dinero en su investigación.

Los nanomateriales juegan ya un papel importante hoy en día: generalmente se producen por

medios químicos o por métodos mecánicos. Algunos de ellos están comercialmente

disponibles y se utilizan en productos comerciales.

La nanoelectrónica es increíblemente relevante hoy en día. Su afiliación con la nanotecnología

no se ve uniformemente en la práctica de las políticas científicas y de investigación. Los

efectos y la influencia de las partículas producidas artificialmente en el medio ambiente son

poco claras e inexploradas en muchas áreas.

Una dirección de desarrollo de la nanotecnología puede verse como una continuación y

expansión de la microtecnología (enfoque de arriba hacia abajo), pero una reducción adicional

de las estructuras micrométricas suele requerir enfoques nuevos completamente no

convencionales.

La química a menudo sigue el enfoque opuesto en nanotecnología: de abajo hacia arriba. Los

químicos, empleados generalmente a nivel molecular, las dimensiones de los nanómetros se

realizan a partir de un gran número de moléculas a nanoescala. Un ejemplo son los

dendrímeros.

Una pequeña rama de la nanotecnología se ocupa de nanomáquinas o nanobots.

Con la Nanotecnología se podría ser capaz de crear nuevos materiales y dispositivos que

pueden ser empleados de muchas maneras, en medicina, dando pie a la nanomedicina, o a la

electrónica , convirtiéndola en nanoelectrónica.

Gracias a esta ciencia, desastres ambientales , enfermedades terminales y muchos otros

problemas que enfrenta el planeta se podrán solventar a escala microscópica, es aquí cuando

la ciencia ficción deja de serlo y la Nanociencia se convierte en la verdadera solución a todos

los problemas de la humanidad.

Ya sabemos que es la Nanotecnolgia, pero y los nanomateriales?Ya sabemos que es la Nanotecnolgia, pero y los nanomateriales?

Lee :

¿Combustible a partir de la Orina?

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 menor a los 100 nm , entonces se considera como un nanomaterial.

Dimensionalidad en nanomateriales

Los nanomateriales se pueden clasificar en nanomateriales 0D, 1D, 2D y 3D. La

dimensionalidad desempeña un papel importante en la determinación de las características de

los nanomateriales, incluidas las características físicas, químicas y biológicas. Con la

disminución de la dimensionalidad, se observa un aumento en la relación superficie-volumen.

Esto indica que los nanomateriales dimensionales más pequeños tienen una mayor superficie

en comparación con los nanomateriales 3D. Recientemente, los nanomateriales

bidimensionales (2D) han sido ampliamente investigados para aplicaciones electrónicas,

biomédicas, de administración de fármacos y biosensores. Lee la entrada principal : LosLos

nanomaterialesnanomateriales

Enfoques Principales – Formas de construcción de los nanomateriales

Dos enfoques principales se utilizan en la nanotecnología: una es un enfoque “de abajo hacia

arriba” donde los materiales y dispositivos se construyen átomo por átomo, y el otro enfoque

es de “arriba hacia abajo” donde los materiales son sintetizados o construidos mediante la

eliminación del material existente de los componentes más grandes.

Orígenes e Historia de la nanotecnologíaOrígenes e Historia de la nanotecnología

¿Como empezó todo?Las ideas y conceptos detrás de la nanociencia y la nanotecnología comenzaron con una

charla titulada “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio en el fondo) por

el físico Richard Feynman en una reunión de la Sociedad Americana de Física en el Instituto

Tecnológico de California (CalTech) el 29 de diciembre de 1959, mucho antes de que se

utilizara el término nanotecnología.

En su charla, Feynman describió un proceso en el que los científicos podrían manipular y

controlar átomos y moléculas individuales. Más de una década después, en sus exploraciones

de mecanizado de ultraprecisión, el profesor Norio Taniguchi acuñó el término nanotecnología.

No fue hasta 1981, con el desarrollo del microscopio de barrido de túneles que podía “ver”

átomos individuales, que comenzó la nanotecnología moderna.

Richard Feynman: El PrecursorRichard Feynman es considerado como el padre de la nanotecnología , debido a su

conferencia de 1959 titulada “Hay mucho espacio en la parte inferior” (There’s Plenty ofThere’s Plenty of

Room at the BottomRoom at the Bottom) donde se explica la probabilidad de que los átomos puedan ser

manipulados directamente. Feynman evoca un posible campo de investigación que entonces

era inexplorado: lo extremadamente pequeño, el mundo de la nanoescala.

Basándose en el pequeño tamaño de los átomos, Feynman considera que es posible escribir

grandes cantidades de información en superficies muy pequeñas: “Grandes volúmenes de

información, bibliotecas enteras, en superficies tan pequeñas como la punta de una aguja”,

mencionaba Freynman. Una afirmación que no fue específicamente señalada, y que ahora se

cita amplia-mente (de hecho, lo que en ese momento era inviable, ahora parece perfectamente

factible, gracias a los avances en las microtecnologías). Feynman quería ir más allá de las

máquinas macroscópicas con las que vivimos: imagina un mundo donde los átomos serían

manipulados uno a uno y dispuestos en estructuras coherentes de muy pequeño tamaño.

En si, el concepto de “nanotecnología” fue primeramente usado por el profesor Norio

Taniguchi del la Universidad de Ciencia de Tokyo en el año 1974.

Así que, usando los estudios realizados por el premio nobel de Fisica en 1965, Richard

Feyman, la nanotecnología se define como el cambio de materiales, ya sea átomo por átomo o

molécula por molécula. Esto implica que las propiedades críticas de materiales o dispositivos

pueden estar en el rango de nanómetros, y que estos materiales y dispositivos están

construidos a partir de átomos o moléculas individuales. Hoy en día, sin embargo, la

nanotecnología se utiliza rara vez en este sentido estricto. Como se ha mencionado

anteriormente, la producción de nanomateriales está químicamente integrado en este

concepto.

Lee :

¿Que hace de la Nanotecnología algo especial?

Las maquinas que permiten interactuar a nivel sub atómico :Los MicroscopiosEl desarrollo de nanociencias 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 (Gerd Binnig y Heinrich Rohrer), y que permite recorrer superficies

conductoras o semiconductoras utilizando un fenómeno cuántico denominado “el efecto

túnel” , para determinar la morfología 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 permiten observar,

manipular y crear nanoestructuras.

Fullerènes y nanotubosEn 1985, tres investigadores, Richard Smalley, Robert F. Curl (en la Universidad Rice en

Houston) y Harold W. Kroto (Universidad de Sussex) descubrieron una nueva forma alotrópica

del carbono, la molécula C60 que consta de 60 átomos de carbono dividida sobre los vértices

de un poliedro regular formado de facetas hexagonales y pentagonales. Cada átomo de

carbono tiene un enlace con otros tres. Esta forma es conocida como la Buckminsterfullereno

o buckyball y lleva el nombre del arquitecto e inventor estadounidense Richard Buckminster

Fuller quien creó varias cúpulas geodésicas cuya forma es similar a la C6014.

Más generalmente, los fullerenos de los cuales el C60 es solo una parte, son una nueva

familia de compuestos del carbón. Estos no son equiláteros, su superficie consiste en una

combinación de hexágonos y pentágonos como las facetas de un balón de fútbol. Esta

disposición les da estructuras que están siempre cerradas en forma de jaula de carbono. Sin

embargo, hubo que esperar hasta 1990 para que Huffman y Kramer, de la Universidad deUniversidad de

HeidelbergHeidelberg, desarrollaran un proceso de síntesis para la obtención de estas moléculas en

cantidades macroscópicas. Los nanotubos fueron identificados seis años después en un

subproducto de la síntesis de fullereno.

La Vision de DrexlerSin embargo fue Eric Drexler que en 1986 , hizo que el término “nanotecnología” fuera amplia

mente conocido. Con su libro “Motores de la CreaciónMotores de la Creación“, inspiró a muchos médicos y

científicos algunos muy conocidos, incluyendo Richard E. Smalley , para empezar a estudiar

las diversas aplicaciones de esta nueva ciencia. La definición de Drexler es más estricta que la

Taniguchis: esta se limita a la construcción de máquinas y materiales complejos a partir de

átomos individuales.

Drexler, en 1986 , co-fundo El Instituto de Estudios ProspectivosEl Instituto de Estudios Prospectivos, para promover el

estudio y aplicación de la Nanotecnologia.Nanotecnologia. Drexler ya no tiene relación con este instituto al

día de hoy. Fue Drexler el que pavimento el camino para la popularización de la nanociencia

que atrajeron mucha atención, especialmente de grandes empresas.

Drexler escribe que si el desarrollo de las nanotecnologías,nanotecnologías, aparentemente inevitable en el

proceso evolutivo, nos llevara enormemente a grandes áreas, también es muy probable que

estas tecnologías se vuelvan destructivas si no las dominamos completamente.

En este sentido, una de las preguntas que se pueden plantear es la fuerte capacidad de

penetración de las nanopartículas en los tejidos celulares. De hecho, debido a su tamaño más

pequeño que las células, ya que estas últimas están en el estado de partículas, pueden anular

ciertas barreras naturales. Esta propiedad ya está explotada en la industria cosmética.

Así las leyes físicas que parecen insuperables hoy en día podrían ser anticuadas en un futuro

cercano, los productos creados podrían ser menos costosos, más sólidos, más eficientes

gracias a la manipulación molecular. Pero Drexler también previó lo que podría llamarse el

otro lado de la moneda, ya que esas tecnologías capaces de reproducirse o al menos

replicarse a sí mismas podrían ser simplemente cataclísmicas o apocalipticas ya que, por

ejemplo, las bacterias creadas con algún interés oscuro podrían replicarse al infinito y causar

estragos en la flora, pero también en la fauna e incluso en la humanidad.

La nanotecnología en si de hoy por hoy no cae en lo que Drexler considera lo que es la

nanotecnología . A lo largo de los años noventa, Drexler repensó su concepto de esta ciencia

como una de-limitación de la nanotecnología molecular (MNT), ya que el término se ha

utilizado con frecuencia para describir todo el trabajo que se ocupa de las nanoestructuras, a

pesar de que incluso se pueden usar la química ordinaria, métodos farmacéuticos o métodos

físicos.

La otra versión de la NanotecnologíaDe hecho, muchos científicos se oponen actualmente a la visión de Drexler de la

nanotecnología. A pesar de que según los defensores de la MNT (nanotecnología molecular),

los oponentes de la MNT no han logrado producir argumentos científicos convincentes contra

la viabilidad de la MNT, muchos consideran que su viabilidad es poco probable; aunque Drexler

y Nanosystems publicaron un libro de texto sobre MNT en 1991, que, sobre la base de su tesis

doctoral en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), describe en términos científicos

los pasos necesarios para su llevada a cabo.

A lo largo de los años, los supuestos de Drexler han sido confirmados experimentalmente,

pero hay muchas reservas que se interponen en la forma de realización: incluso si fuera

posible producir un nanomotor de metal, por ejemplo, no sería de larga duración sobre la

superficie metálica , esta paralizaría el motor. Los metales tales como hierro, acero o aluminio

forman una fina película de óxido en el aire que no interfiere con las piezas de trabajo

ordinarias. Sin embargo, la oxidación de nanometales conduce usualmente a la conversión

completa en óxido.

Un nanomotor de metal sería quemado completamente por el oxígeno en el aire. Por lo tanto,

sólo se podría construir un motor que consista en una sustancia que no se oxide por el agua.

Si las macromoléculas se movieran en el vacío o en el aire a una distancia de menos de unos

pocos diámetros atómicos, se pegarían juntas por las fuerzas de Van-der-WaalsVan-der-Waals. Sin

embargo, si las macromoléculas están incrustadas en agua u otro líquido adecuado, el líquido

asume las fuerzas de Van-der-WaalsVan-der-Waals y las macromoléculas se pueden mover entre sí con

poca fricción. De esta manera, las células vivas funcionan, y el flagelo de la bacteria alcanza

50 revoluciones por segundo.

También es difícil mantener o liberar los átomos o moléculas individuales mecánicamente por

las fuerzas de Van-der-Waals, que se denominan como el “Problema del dedo pegajoso”

(“Sticky Finger Problem”). Este problema, así como la producción puramente mecánica de

enlaces covalentes, fue superado por la aplicación de una tensión eléctrica.

Física de la nanocienciaEn el nivel de la nanoescala, el material tiene propiedades particulares que pueden justificar

un enfoque específico. Por supuesto, hablamos de las propiedades cuánticas, pero también

los efectos de la superficie, el volumen o los efectos del borde. Por lo tanto, de acuerdo con

las leyes de la mecánica cuántica, una partícula puede adoptar un comportamiento

ondulatorio en la nanoescala a expensas del comportamiento normal que conocemos de las

partículas a nivel macroscópico. Esta dualidad onda-partícula es particularmente evidente en

el experimento de las ranuras de Young. Un haz de partículas (luz, electrones, etc.) interfiere

con una serie de ranuras estrechamente espaciadas y crea un patrón de interferencia,

característico de un fenómeno ondulatorio. Esta particularidad doble onda-partícula de la

materia, sigue siendo hasta el día de hoy una de las grandes cuestiones de la física que

causará diversos fenómenos a nivel nanométrico, por ejemplo:

Cuantificación de la electricidad: en nanocables (o nanoalambre) se observó que la corriente

eléctrica ya no está constituido por un flujo continuo de electrones pero es cuantificada, es

decir que los electrones circulan por “paquetes” en el circuito;

Cuantificación del calor: similar mente en un circuito de tamaño nanométrico, se ha observado

que el calor se propaga de una manera cuantificada.

Estos fenómenos fueron observados por primera vez en el año 2001, con la “cadena

conductora eléctricamente” por su inventor, el termodinámico Hubert Juillet, que permitió

confirmar las teorías de la mecánica cuántica en este campo. Este comportamiento cuántico

nos obliga a revisar nuestro pensamiento: cuando queremos describir una partícula, ya no

hablamos en términos de posición en un momento dado, sino más bien en términos de

probabilidad de que se detecte la partícula en un solo lugar en vez de a otro.

El principal desafío de las nanociencias es, por tanto, comprender estos fenómenos, pero

también y sobre todo beneficiarse de ellos al diseñar un sistema a nanoescala. Muchos

laboratorios alrededor del mundo están trabajando en este tema.

El surgimiento de las nanotecnologíasSe han realizado varios estudios para comprender la evolución de las nanotecnologías y las

nanociencias. Por lo tanto, considerando que las definiciones no se estabilizan, 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 científicas, los valores presentados en las siguientes tablas

fueron insignificantes antes de los años noventa.

El cambio tecnológico de 1995 a 2003 en el mundo

Según el artículo publicado en la revista Nature NanotechnologyNature Nanotechnology en 2006, se observa la

siguiente evolución de las patentes presentadas ante la Oficina Europea de Patentes (EPO):

AñoAño 19951995 20002000 20032003

Número de patentes del año 950 1600 2600

Si bien estas cifras representan un cambio importante, también hay una estabilidad relativa

para estos dos períodos. Sin embargo, esta evolución no tiene en cuenta el crecimiento más

rápido (1997-1999) y las disminuciones (2000-2001).

En 2005, muchos centros de investigación comenzaron a estudiar los nanocables para tratar

de producir los para las industrias, usando diversos procesos, principalmente mediante un

proceso llamado “crecimiento”, un nanocable suficientemente largo y sólido tendría, como

peculiaridad, los mismos efectos cuánticos que la cadena conductora de la electricidad.

Evolución del conocimiento fundamental entre 1989 y 2000 en el mundo

Para caracterizar la evolución de las publicaciones científicas, se utilizó un artículo que utilizó

una metodología más completa que la utilizada en Nature NanotechnologyNature Nanotechnology y que

caracterizó la evolución de las publicaciones de nanotecnología:

PeriodosPeriodos1989-1989-

19901990

1991-1991-

19921992

1993-1993-

19941994

1995-1995-

19961996

1997-1997-

19981998

1999-1999-

20002000

PublicacionesPublicaciones

acumuladasacumuladas1000 10000 20000 35000 55000 80000

Nuevas publicacionesNuevas publicaciones 1000 9000 10000 15000 20000 25000

Períodos de creaciones de las empresas afectadas por las NST

Siguiendo un informe emitido por la Comisión Europea con respecto a la estimación del

desarrollo económico de las NST, podemos mirar las fechas de creación de empresas

afectadas por esta actividad.

Periodos de CreaciónPeriodos de CreaciónAntes deAntes de

19001900

1900-1900-

19501950

1951-1951-

19801980

1981-1981-

19901990

1991-1991-

20002000

Número de empresasNúmero de empresas

involucradasinvolucradas20 60 45 75 230

Estas cifras se basan en un directorio particular de empresas que parece subestimar la fuerza

de trabajo real. Ellos muestran una aceleración clara de las empresas de nanotecnología

desde la década de 1990, pero otras fuentes, más completas las estima muy por encima de

estas cifras. El sitio NanoVIPNanoVIP estimó que en el 2005 más de 1.400 empresas fueron

identificadas como afectadas por las nanotecnologías. Más recientemente, se reporta más de

6.000 empresas para el 2006. Esta investigación se basa en un método de combinación de

fuentes de información mediante la adición de varios marcadores de actividad del uso de la

nanotecnología, como las patentes . En 2006, el 48% de las empresas que invierten en

nanotecnologías están en Estados Unidos, mientras que en Europa (con 27 países asociados

a la UE) representa el 30% y Asia el 20%.

Disciplinas fundamentales : ¿Que estudia laDisciplinas fundamentales : ¿Que estudia laNanotecnología?Nanotecnología?El desarrollo actual de las nanociencias y las nanotecnologías moviliza y abarca un amplio

espectro de dominios y disciplinas científicas.

Principales campos científicosDesde el punto de vista del conocimiento científico , varias subdisciplinas son particularmente

útiles para el desarrollo de los conocimientos básicos de la Nanotecnología. De hecho, un

analisis detallado sobre la manera en que los artículos científicos sobre nanotecnologías y

nanociencias se publican muestran la aparición de tres subcampos específicos:

– biociencias y farmacología: alrededor de la biología, laboratorios farmacéuticos y

biotecnologías. Este campo puede calificarse como el de nanobiología;

– nanomateriales y síntesis química: alrededor de la química y los nanomateriales. Este

campo puede calificarse como el de los nanomateriales;

– superconductividad y computación cuántica: esencialmente derivada de la

microelectrónica, este campo puede calificarse como el de la nanoelectrónica.

Estos tres campos se articulan entre sí con más o menos intensidad . Tienen un gran impacto

en la organización de la actividad industrial en la que se mueven. De hecho, la nanobiología se

estructura esencialmente en torno a numerosas pequeñas empresas y grandes grupos

farmacéuticos, mientras que las actividades industriales relacionadas con la nanoelectrónica

se organizan principalmente en torno a grupos muy grandes y algunas pequeñas empresas .

Ingeniería Molecular

Engranaje molecular de unasimulación de la NASA

La ingeniería molecular, posibilitada por la invención de un instrumento como el microscopio

de tunelización, consiste en construir y desarrollar moléculas “personalizadas”.

Industria MédicaLas comunidades biológicas y médicas explotan las propiedades de los nanomateriales para

una variedad de aplicaciones (agentes de contraste para imágenes de células, terapias para el

control del cáncer, etc).

Las aplicaciones en este campo se agrupan bajo el término de nanobiología y nanomedicina.

En Francia, Patrick Couvreur es el representante más antiguo de los investigadores de este

tipo de Nanotecnología actual.

Las funciones que se le pueden dar a los nanomateriales interconectándolos con estructuras

o moléculas biológicas son amplias. Por lo tanto, los nanomateriales son útiles para la

investigación y aplicaciones en seres vivos e incluso in vitro. Esta integración permite la

aparición de herramientas para el diagnóstico o la administración de fármacos.

Industria EnergéticaPodemos ver avances en almacenamiento, producción de energía y ahorro de energía.

Las estructuras semiconductoras apiladas permiten obtener rendimientos mucho mejores

para las células fotovoltaicas.

Las reducciones en el consumo de energía son posibles gracias a los sistemas de

aislamiento térmico, una mejora de los materiales conductores. En el campo de la

producción de luz, el uso de materiales derivados de nanotecnologías como los LEDs

permite obtener un rendimiento muy interesante.

El uso de materiales nanoporosos para el almacenamiento de hidrógeno podría finalmente

democratizar su uso, actualmente bloqueado por la pequeña cantidad de hidrógeno

almacenada en depósitos convencionales que de otro modo están llenos de defectos

(fugas, rendimientos pobres, pesado, caro, etc.)

Este hidrógeno podría utilizarse entonces en motores de combustión o pilas de combustible.

El uso de nanotubos de carbono en el campo del almacenamiento de electricidad podría

conducir a la creación de una batería llamada supercapacitor, que se recargaría en

segundos, siendo más ligero que una batería química y teniendo una vida util de unos

3.000 años.

ElectrónicaLas estructuras de chips electrónicos o circuitos integrados ya están a escala nanométrica y

se utilizan intensamente las nanotecnologías en su fabricación. El progreso continúa en las

áreas de comunicaciones, almacenamiento de información e informática.

Durante mucho tiempo , la integración de componentes de dos micras, es decir, 2 * 10-6 m,

sería considerada como el umbral absoluto de miniaturización para dispositivos

semiconductores (el espesor de la línea en los circuitos de los primeros procesadores de Intel

era del orden de 10 micrones. En ese momento se pensó que sería muy difícil superar la

barrera de un micrón).

En 2004, las arquitecturas de 90 nanómetros (0,09 micras) son el común de los

procesadores que ahora se producen en masa con una finura de 65 nanómetros desde el

primer semestre del 2006. Los chips grabados en 45 nanómetros se liberaron a mediados del

2007, chips de 32 nanómetros fueron lanzados en el 2009, de 22 nanómetros en 2012 y 14

nanómetros en el 2013.

Pero hay un límite absoluto, al menos para una tecnología convencional heredada de la

fotolitografía, incluyendo las evoluciones de las tecnologías actuales, tales como fotolitografía

“UV extrema”, litografía de rayos X, grabado con haz de electrones, etc. La nanotecnología

sugiere un nuevo enfoque más radical cuando las vías convencionales alcanzan sus límites.

Predominan dos grandes dificultades en la construcción de circuitos electrónicos basados en

la nanotecnología y, por lo tanto, en la aparición de la nano-computaciónnano-computación:

A la escala del nanómetro, cada objeto es sólo un conjunto de los mismos ladrillos

elementales: los átomos. A esta escala de una milionésima de un milímetro, las

propiedades físicas, mecánicas, térmicas, eléctricas, magnéticas y ópticas dependen

directamente del tamaño de las estructuras y pueden diferir fundamentalmente de las del

material a nivel macroscópico que ha sido explotado hasta presente. Esto se debe a un

conjunto de razones que incluyen el comportamiento cuántico, pero también la creciente

importancia de los fenómenos de interfaz.

Hasta el día de hoy, es imposible controlar el montaje coordinado de un número muy

grande de estos dispositivos de conmutación (por ejemplo, el transistor de nanotubos de

carbono – CNFET para los circuitos electrónicos mono-moleculares híbridos “Transistor

de efecto de campo de nanotubo de carbono” etc) en un circuito y aún menos a nivel

industrial.

Nanotecnología ActualNanotecnología Actual

Nanomateriales (Lea nuestro artículo principal sobre losNanomateriales)La ciencia que estudia la dispersión ha llevado al desarrollo de diversos materiales con

multitud de usos , por ejemplo las nanobarras , todos los fullerenos como los nanotubos denanotubos de

carbonocarbono y las nanopartículas .

El uso común en estos días es usar los nanomateriales en volumen.

Los nanomateriales tienen hoy por hoy un importante uso en la nanomedicina.

Los materiales de la nanoescalananoescala se utilizan a veces en las células solares de silicio que

reducen el coste de las mismas.

Las nanoparticulas son usadas en la nanocomputación, dando pie para el desarrollo de

mejores aparatos electrónicos. Vea nuestro articulo principal sobre laVea nuestro articulo principal sobre la

NanocomputaciónNanocomputación.

La construcción y elaboracion de los nanomateriales tiene dos enfoques, de lo mas grande a

lo mas pequeño y viceversa. Ver Nanomateriales.Ver Nanomateriales.

Nanotubos de Carbono

De lo mas pequeño a los mas grande en Ingles Bottom-up

Es un proceso de construcción que funciona usando las mas pequeñas unidades de un

material primero (en este contexto, los átomos) y los manipula uno a uno para dar vida a un

producto mayor. Su fabricación es mucho mas barata que el método Top-Down

El enfoque “de lo mas pequeño a lo mas grande” , busca crear nanomateriales átomo por

átomo o molécula por molécula en estructuras mas grandes.

En el estudio y la modificación del DNA , a partir de ácidos nucleicos se pueden esculpir otras

estructuras buscando que componentes de una sola molécula se unan para formar moléculas

mas grandes.

La nalolitografia se usa en la fabricación de circuitos integrados.

biomineralización

De lo mas grande a lo mas pequeño. Top-Down EN Ingles

Es un proceso de construcción en el que primero trabajamos a gran escala y luego se corta o

se esculpe hasta que se tiene un producto más pequeño.

El proceso de fabricación usa grandes estructuras iniciales (macroscópicas), que pueden ser

controlados externamente en el procesamiento de nanoestructuras.

Ejemplos típicos es el uso de la “molienda”

Se comienza con un patrón generado en una mayor escala, para luego reducirlo a la a

nanoescala.

Es un proceso caro y lento, haciendo que no sea conveniente usarlo en producción masiva.

Enfoques funcionalesEstos enfoques buscan desarrollar componentes con una funcionalidad deseada sin tener en

cuenta cómo se podría montar.

L a electrónica molecular busca desarrollar moléculas con propiedades electrónicas útiles.

Entonces podría ser utilizadas como componentes de un dispositivo nanoelectrónico de la

molécula. Como ejemplo el rotaxano.

Los métodos químicos sintéticos también se pueden utilizar para crear lo que se denominan

motores moleculares sintéticos, como en el llamado nanocar o nanocoche como se le conoce

en Español.

BiomaterialesLa biomineralización (por ejemplo la petrificación) es bastante común en el mundo biológico y

ocurre en bacterias, organismos unicelulares, plantas (madera petrificada, por ejemplo), y

animales (invertebrados y vertebrados). Los minerales cristalinos formados en este tipo de

ambiente tienen a menudo características mecánicas excepcionales (e.g. fuerza, dureza,

tenacidad) y ellas tienden a formar estructuras jerárquicas que exhiben un orden

microestructural sobre un gama de escalas longitudinales o espaciales.

Típicamente los minerales cristalizan de una

atmósfera que está debajo de la saturación con

respecto a ciertos elementos del metal tales como

el silicio, calcio y fósforo, y que se oxidan

inmediatamente en una posición al pH neutral y a

baja temperatura (0-40 grados C) .

La formación del mineral puede ocurrir dentro o

fuera de la pared celular de un organismo, y hay

reacciones bioquímicas específicas para la deposición mineral que incluyen los lípidos, las

proteínas y los carbohidratos. La importancia de la maquinaria celular no puede ser sobre

enfatizada, y es gracias a los avances en técnicas experimentales en biología celular y la

capacidad de imitar el ambiente biológico que actualmente están obteniendo avances

significativos.

Los ejemplos incluyen silicatos en algas y diatomeas, carbonatos en invertebrados, y fosfatos

de calcio y carbonatos en vertebrados. Estos minerales a menudo forman características

estructurales como conchas de mar y huesos, mamíferos y aves. Estos organismos han

estado produciendo esqueletos mineralizados hace casi 600 millones años.

Los biominerales más comunes son las sales de fosfato y carbonato de calcio que se utilizan

en conjunción con polímeros orgánicos como el colágeno y la quitina para dar fuerza

mecánica a los huesos y conchas. Otros ejemplos incluyen yacimientos de cobre, hierro y oro

que involucran bacterias.

Además, la mayoría de los materiales naturales (o biológicos) son compuestos complejos

cuyas propiedades mecánicas son a menudo excepcionales, teniendo en cuenta los

componentes débiles a partir de los cuales se constituyen. Estas complejas estructuras, que

han surgido de cientos de millones de años de evolución, son materiales que inspiran a los

científicos interesados principalmente en el diseño de nuevos materiales con propiedades

físicas excepcionales para ser duraderos en condiciones adversas.

Previsión o especulaciónSe pretende anticipar lo que la National Nanotechnology Initiative: FY 2008 Budget &

Highlights podrían llegar a producir e incluso trata de proponer una agenda o guía en la cual la

investigación actual se base y avance siguiendo sus pautassiguiendo sus pautas. A menudo tienen una visión en

perspectiva de la nanotecnología, con más énfasis en sus implicaciones para la sociedad que

en los detalles de cómo se podrían materializar tales invenciones.

Por ejemplo, la nanotecnología molecular que consiste en manipular moléculas conmanipular moléculas con

precisiónprecisión. Esto es más teórico que todo lo anterior y está más allá de las capacidades

actuales de producción.

Nanorobots actuando en las celulas

La Nanorobotica se centra en máquinas autosuficientes con alguna funcionalidad operando

en la nanoescala. Hay esperanzas de aplicar nanorobots en medicina, pero puede no ser fácil

hacerlo debido a varias desventajas de estos dispositivos. Sin embargo, el progreso en

materiales y métodos innovadores han demostrado con algunas patentes concedidas en los

nuevos mecanismos de la nanofabricación para las aplicaciones comerciales futuras, que

también contribuyen progresivamente en la manera hacia el desarrollo de nanorobots con el

uso de conceptos nuevos como la nanobioelectronica.

La materia programable basada en átomos artificiales busca diseñar materiales cuyas

propiedades puedan ser controladas de forma fácil, reversible y de manera externa.

Nanopartículas, nanomateriales y aplicacionesNanopartículas, nanomateriales y aplicacionescomercialescomercialesAunque ha habido un gran interés en las posibles aplicaciones de las nanotecnologías, gran

parte de las aplicaciones comerciales se limitan al uso de una “primera generación” de

nanomateriales pasivos. Esto incluye nanopartículas de dióxido de titanio en protectores

solares, cosméticos y algunos productos alimenticios; nanopartículas de hierro en envases

alimentarios; nanopartículas de óxido de zinc en protectores solares y cosméticos, en

revestimientos exteriores, pinturas y barnices de decoración; y nanopartículas de óxido de

cerio que actúan como catalizadores para combustibles, etc.

Un proyecto, The Project on Emerging NanotechnologiesThe Project on Emerging Nanotechnologies, identifica los diversos

productos basados en nanopartículas . En el 2014, el proyecto identificó más de 500

productos de consumo basados en nanotecnologías. En el 2017, el informe de este proyecto

nos dice que el principal sector afectado por los productos de consumo nanotecnológico es el

de la salud y el deporte (ropa, complementos deportivos, cosméticos, cuidado personal,

protección solar, etc.), con el 59% de los productos, seguido por la electrónica y la informática,

que supone el 14% (audio y vídeo; cámaras y películas; equipos informáticos; dispositivos

móviles y comunicación).

Enfoque ascendente y perspectivasAdemás, las aplicaciones que requieren la manipulación o disposición de componentes a

nanoescala (atomo por átomo) requieren más investigación antes de poder comercializarlos.

De hecho, las tecnologías que en la actualidad están marcadas con el prefijo “nano” a veces

no están muy estrechamente vinculadas y distan mucho de los objetivos finales anunciados

por las nanotecnologías, especialmente en el contexto de la fabricación molecular, que es una

idea siempre sugerida por el término. Por lo tanto, puede existir el peligro de que se forme (o

se forme) una “nanoburbuja” como resultado del uso del término por científicos y empresarios

para recaudar recursos financieros adicionales, a expensas del interés real en el potencial de

cambio tecnológico a largo plazo.

La burbuja de la nanotecnología

David M. Berube, en su libro sobre la burbuja de la nanotecnología libro sobre la burbuja de la nanotecnología, también concluye en

este sentido recordando que parte de lo que se vende como “nanotecnologías” es en realidad

una reelaboración de la ciencia de los materiales. Esto podría llevar a que la nanotecnología

estuviera representada por una industria basada principalmente en la venta de nanotubos y

nanoalambres (alambres unidimensionales medidos en nanómetros), lo que limitaría el número

de proveedores a unas pocas empresas que vendieran productos de bajo margen con

volúmenes muy grandes.

Financiación actualFinanciación actualLa investigación científica requiere una inversión significativa, a menudo en forma de grandes

inversiones. En el caso de las nanotecnologías, en las que el objeto de estudio se especializa y

requiere equipos específicos y costosos, las inversiones necesarias no pueden ser apoyadas

por un solo equipo. Para continuar su investigación, los científicos e ingenieros son

financiados por una amplia variedad de interesados que pueden agruparse en tres categorías:

Organismos públicos (Estados): Los gobiernos apoyan firmemente tanto la investigación

aplicada como la investigación básica. Algunos países tienen sus propios sistemas de

validación de patentes, así como un gran número de agencias y departamentos, que permiten

promover los contratos o la protección de la propiedad intelectual. Por lo tanto, las

organizaciones públicas desempeñan un papel importante en el despliegue de los mecanismos

de coordinación que permiten mejorar la divulgación del conocimiento en la comunidad

científica y estimular la interacción entre investigadores, organizaciones, universidades e

instituciones.

Organizaciones sin fines de lucro: Las universidades son el núcleo de esta categoría, aunque

para su investigación a menudo reciben financiación de fuentes externas, como el gobierno,

pero también de importantes sectores industriales. Esta categoría también incluye una

multitud de organizaciones del sector privado y otras entidades que apoyan la investigación

científica sin objetivos financieros en forma directa.

Las empresas y el sector privado:

En la mayoría de los países desarrollados, el sector privado es responsable de

aproximadamente las tres cuartas partes del gasto nacional en investigación y de desarrollo.

La importancia del sector privado mas que todo se da en los Estados Unidos o la Unión

Europea, que cuentan con gobiernos que invierten en las nanotecnologías proponiendo una

política de investigación e innovación sólida, especialmente en las primeras etapas del

desarrollo de nuevos sectores industriales.

Al tener en cuenta la inversión pública y privada en investigación y desarrollo en

nanotecnologíananotecnología, es posible posicionar a los países en función del volumen de inversión

realizado. Sin embargo, esta operación requiere precauciones, ya que por un lado el tamaño de

las entidades comparadas es un factor y por otro lado, cada gobierno a menudo tiene su

propio aparato y modalidades específicas de financiación en investigación.

En el año 2005, por ejemplo, el 48,1% de la investigación y el desarrollo de las

nanotecnologíasnanotecnologías fue financiada por los gobiernos, el 46,6% por las empresas y el 5,2% por

los capitales de riesgo, con una inversión total de 9.570 millones de dólares. Tras este

desglose, el país líder es Estados Unidos (1.606 millones de dólares), seguido del Japón (1.100

millones de dólares), Alemania (413 millones de dólares), la Unión Europea (269 millones de

dólares) y China (250 millones de dólares). Francia, por su parte, ocupa el octavo lugar, con

un total de 103 millones de dólares asignados a la investigación y el desarrollo en

nanotecnología.nanotecnología.

En nuestra sección de Noticiassección de Noticias, puedes encontrar multitud de investigaciones y

asombrosos descubrimientos por los actores mas relevantes de la investigación en

nanotecnología.nanotecnología.

Estructura institucional e instituciones interesadasPara Europa, el VII Programa Marco de Investigación y Desarrollo es un importante factor en

la organización de la investigación sobre NanotecnologíasNanotecnologías a nivel continental. Este

programa tiene su origen en la Estrategia de LisboaEstrategia de Lisboa, cuyos objetivos generales se

decidieron en el año 2000, que define las orientaciones económicas y políticas para una

economía competitiva y dinámica basada en el conocimiento en la Unión Europea: “Los

objetivos generales del programa se han agrupado dentro de cuatro grandes categorías: la

Cooperación, las Ideas, las Personas y las Capacidades. Hay un programa específico para

cada uno de estos objetivos que corresponde a los principales ámbitos de la actuación

comunitaria en materia de investigación.

La totalidad de los proyectos concretos trabajan conjuntamente para promover y fomentar la

creación de centros de excelencia europeos (científicos) en el ámbito científico. La Unión

Europea anuncia que los presupuestos asignados a los programas marco se duplicarán con

creces, pasando de unos 20 000 millones de euros (entre 2002 y 2006) a 53 200 millones

de euros (período 2007-2013) .

Las nanotecnologías están, por tanto, bien situadas en la categoría de cooperación del PMID,

que tiene como objetivo principal fomentar las asociaciones entre los diferentes equipos de

investigación europeos (y los países socios) y desarrollar la investigación multidisciplinar y

transversal .

En línea con el Programa Marco de la Unión Europea, Estados Unidos ha definido la Iniciativa

Nacional de Nanotecnología (NNI) que arrancará en 2001.

A diferencia de la Unión Europea, este programa federal de investigación y desarrollo se

dedica específicamente a la nanotecnología, pero también tiene por objeto coordinar los

esfuerzos de las numerosas agencias que trabajan en una nanoescala de ciencia y

tecnología . En 2008, el presupuesto asignado al NNI ascendería a 1.500 millones de dólares,

más del triple del gasto estimado para 2001 (464 millones de dólares) .

En cuanto al importe invertido, este tipo de programas influye fuertemente en la estructura de

los espacios de investigación científica y en la naturaleza de las colaboraciones realizadas. De

hecho, es a partir de los ejes iniciales de desarrollo que se definen objetivos concretos que

conducen a la construcción de convocatorias de proyectos.

En nanotecnología, el tecnópolo de Grenoble es un importante centro de investigación e

ingeniería en este campo, único en Europa. Los países emergentes, especialmente Marruecos,

han creado áreas prioritarias para la investigación en nanotecnología.

Referencias & Fuentes

↑ CORDIS, « Comprendre le 7e PC » , Oficina de Publicaciones, 2006(consultado el 24

septembre 2007).

Dirección General de Investigación de la Comisión Europea, El 7º Programa Marco:

poner la investigación europea al frente, Oficina de Publicaciones, 2007 (leer en línea), p.

2-5.

↑ (en) National Nanotechnology Initiative, « About the NNI » (consulté le 24 septembre 2007).

↑ National Nanotechnology Initiative,”National Nanotechnology Initiative: FY 2008

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