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ESTUDIO DE PROSPECTIVA

APLICACIONES INDUSTRIALES DE LAS NANOTECNOLOGAS EN ESPAA EN EL HORIZONTE 2020

RESUMEN Las nanociencias y las nanotecnologas incluyen un conjunto de disciplinas y tcnicas orientadas al estudio y manipulacin de la materia a escala nanomtrica, es decir a escala de tomos, molculas y estructuras moleculares. A esta escala las fronteras entre la qumica, la fsica y la biologa se solapan y confunden. Las innovaciones basadas en nanotecnologa darn respuesta a gran nmero de los problemas y necesidades de la sociedad y suponen un desafo para las actividades industriales y econmicas, hasta el punto de que se considera el motor de la prxima revolucin industrial. El mercado de productos que incorporan nanotecnologas en el mundo fue de U$D50.000 millones en 2006 y se espera que alcance los U$D2,9 billones en 2014. El esfuerzo investigador en nanotecnologas fue de U$D11.800 millones y no deja de crecer. Este estudio pretende identificar los campos ms importantes de aplicacin de las nanotecnologas en el futuro e identificar las necesidades de I+D+i para proporcionar informacin de utilidad para que los responsables de la toma de decisiones de la Administracin y las empresas puedan elaborar estrategias de actuacin en el desarrollo y aplicacin de las nanotecnologas. Para su realizacin se ha consultado a ms de un centenar de expertos de centros de investigacin, la industria y la universidad. APLICACIONES EN EL TRANSPORTE La principal aportacin de la nanotecnologa al transporte sern vehculos ms ligeros y eficientes, sin emisiones contaminantes, ms seguros e inteligentes y adems reciclables. Algunas aplicaciones basadas en nanotecnologas ya estn disponibles, y la mayora tendrn un desarrollo industrial a partir de 2010. Las reas en las que se implantarn las nanotecnologas sern:

Aplicaciones estructurales: o Nuevas aleaciones ms ligeras y resistentes para piezas, chasis y

carroceras, que permitirn reducir hasta en un 30% el peso de aviones y automviles. Su aplicacin se prev hacia 2015

La aplicacin de nanomateriales compuestos a los neumticos mejorarn sus caractersticas de adherencia y los reforzarn ante la abrasin en un futuro prximo (2010).

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Superficies (multi) funcionales, recubrimientos con gran dureza, resistencia a la abrasin y a la corrosin (anti-rayado, anti-incrustaciones o anti-corrosin para navos). Estas aplicaciones estarn disponibles para su comercializacin hacia 2015.

Propulsin, la aplicacin de nanomateriales se encauza a mejorar el rendimiento y la fiabilidad de los sistemas de propulsin, especialmente con la aplicacin de pilas de hidrgeno a los motores, con emisiones cercanas a 0 (reemplazan a los combustibles fsiles) y con ventajas como la ausencia de ruido. Estas aplicaciones deben superar su elevado coste y su corto periodo de vida, aspectos en los que los nanomateriales tambin aportarn soluciones. En cualquier caso su desarrollo se prev entre 2011 y 2020 para generalizarse a partir de esa fecha. Se espera que a partir de 2013 Espaa puede aminorar la dependencia del exterior en este campo.

Equipos de interior, destinados a la proteccin y el confort de los pasajeros. Se aplicarn revestimientos absorbentes de los impactos, menos inflamables. Estas aplicaciones estarn disponibles desde 2015 y se prev que nuestro pas tenga una dependencia muy acentuada de la tecnologa exterior en este campo.

Varios. Existe un gran inters por el desarrollo de sensores y actuadores que mejoran la seguridad y los automatismos de todo tipo de transporte (terrestre, areo o naval) hasta llegar a la conduccin automtica. En el periodo de 2016 a 2020 habr ya una plena comercializacin de estos dispositivos basados en nanotecnologas y en 15 aos ser posible disponer de un dominio tecnolgico nacional en este campo.

APLICACIONES EN LA ENERGA Y EL MEDIO AMBIENTE La nanotecnologa se aplica principalmente en el control de propiedades (sobre todo qumicas, elctricas y pticas) de los materiales a nivel nanomtrico para mejorar la produccin y el uso eficiente de la energa.

Energas renovables. Las nanotecnologas tendrn un papel preponderante en el aprovechamiento de la energa solar, mediante nanomateriales sustitutos del silicio, que permitan aprovechar las radiaciones infrarrojas y ultravioletas para generar energa e incluso materiales que permitan la produccin directa de hidrgeno a partir de la luz del sol mediante sistemas bio-inspirados (que imitan a la naturaleza). La mayor parte de estos desarrollos estarn disponibles a partir de 2015.

Hidrgeno y pilas de combustible. Numerosos nanomateriales han revelado importantes propiedades como catalizadores con un enorme potencial de aplicacin en reas como la conversin directa de celulosa, la obtencin de combustibles lquidos, de hidrgeno y de agua potable y su utilizacin en pilas de combustible, con aplicaciones industriales previstas a partir de 2010.

Almacenamiento y transporte de energa. El uso de hidrgeno como transportador de energa primaria y producido a partir de energas renovables, pasa por mejorar su almacenamiento. En este campo los nanomateriales presentan propiedades muy interesantes para controlar la captura y liberacin del hidrgeno. En cuanto al transporte energtico, hoy basado en cables de aluminio y cobre, los materiales nanoconductores superestructurados y los nanotubos de alta conductividad (tanto en cableados como en bobinados de motores) se ven como una alternativa futura.

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Medio ambiente. Estn en fase de desarrollo diversos tipos de nanosensores que permiten detectar caractersticas tanto fsicas como qumicas que permitirn crear dispositivos de control medioambiental en el entorno y en los procesos de produccin de energa. De forma activa, se estn desarrollando catalizadores basados en nanoestructuras capaces de destruir las molculas peligrosas, tiles para la descontaminacin, por ejemplo de agua.

APLICACIONES EN LAS TIC Y ELECTRNICA Cada vez demandamos mayor conectividad, la nanotecnologa, adems de miniaturizar los dispositivos que utilizaremos para conectarnos a las redes de informacin, conseguir mayor funcionalidad aumentando los canales disponibles, permitiendo utilizar frecuencias ms altas en la comunicacin inalmbrica. Adems exigimos a los dispositivos de movilidad que estn cada vez ms tiempo conectados y que no tengan un impacto medioambiental, en todos estos aspectos incide la nanotecnologa.

Electrnica post-CMOS. Se refiere a todos los materiales, estructuras, dispositivos y arquitecturas que se desarrollarn a largo plazo (produccin hacia el 2020) para conseguir circuitos integrados con mayor capacidad de conmutacin y de almacenamiento de informacin que la tecnologa actual CMOS y la futura CMOS 32nm. Nuevos transistores y circuitos basados en nanotubos de carbono o la spintronica, que utiliza el spin de un electrn y su carga para transmisin de informacin, sern las tecnologas que se aplicarn sobre todo a la optoelectrnica, la fotnica y los sistemas embebidos.

Dispositivos (transistores y memorias). El objetivo es fabricar circuitos con mayor capacidad de computacin y de almacenamiento de la informacin y dispositivos de memoria nanomtricos.

APLICACIONES EN LA SALUD Y LA BIOTECNOLOGA Dada la escala nanomtrica a nivel celular, la nanotecnoloa en el campo de la fsica y la qumica aplicada a la biotecnologa da lugar a la nanobiotecnologa. Esta ciencia aplicada a la medicina sirve para desarrollar nuevos sistemas de diagnstico (diagnstico molecular) o terapias (nanofrmacos o medicina regenerativa) basadas en interacciones entre el cuerpo humano y materiales, estructuras o dispositivos a escala nanomtrica. Adems de a la medicina, esta ciencia puede aplicarse a la seguridad alimentaria, por ejemplo implantando sensores en los alimentos que verifiquen su ptimo estado, gusto y aroma) o la cosmtica (por ejemplo creando estructuras que sean fcilmente absorbibles por el cuerpo humano).

Diagnosis. La nanotecnologa busca identificar la patologa en el estado ms inicial posible, idealmente a nivel de una nica clula. Especialmente relevante resulta el uso de los nanorrays (biosensores) para el diagnstico y seguimiento de enfermedades o e uso de nanopartculas como marcadores en ensayos clnicos o como agentes de contraste en pruebas diagnsticas. Las nanotecnologas pueden ser especialmente eficaces en un plazo de 10 aos en el diagnstico de enfermedades como el cncer, patologas del sistema cardiovascular y neurolgico, enfermedades infecciosas y metablicas.

Tratamiento.

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o Implantes, terapia celular e ingeniera tisular. Las aplicaciones en medicina regenerativa cambiarn radicalmente la forma de tratar las enfermedades. Ya se ha iniciado el uso de estructuras que sirven de anclaje o andamio a la regeneracin celular (por ejemplo a base de cristal bioactivo), incluyendo el uso de clulas madre, para crear tejidos (piel, hueso, cartlago) que pueden ser despus injertados en pacientes en sustitucin de los daados. Posteriormente, son absorbidos por los tejidos nuevos producidos por el individuo. En un futuro se podrn tambin prevenir discapacidades crnicas como la artrosis, las enfermedades del aparato cardiovascular y del sistema nervioso central. Otra lnea de actuacin son los biomateriales: los biomimticos, mediante biomateriales inteligentes, molculas bioactivas de sealizacin y las propias clulas, que imitan el comportamiento natural de crecimiento de los tejidos, los biomateriales de tercera generacin que incorporan la adaptacin de polmeros reabsorbibles a nivel molecular para producir respuestas celulares especficas a los cambios de temperatura, PH, estimulacin elctrica o nivel energtico y otros biomateriales para facilitar la fijacin de los implantes, alargar la vida de los mismos y evitar el rechazo. En cuanto a la imitacin de materiales extracelulares presentes en los tejidos, la nanotecnologa puede fabricar estructuras como nanocables, nanoguas, nano andamios porosos, nanoramificaciones y otras estructuras moleculares.

o Nanobiotecnologa aplicada a nuevas tcnicas de administracin de frmacos. Las nanotecnologas permiten crear dispositivos suficientemente pequeos como para atravesar los conductos vasculares y las membranas celulares, lo que evitar tener que realizar invasiones externas (como inyecciones). Adems permite un control preciso de las dosis suministradas as como soluciones de liberacin continuada y programada desde el propio cuerpo del paciente. Es clave tambin en la terapia gnica, la posibilidad de liberar frmacos que acten sobre la gentica celular, posibilitando vacunas contra enfermedades como el SIDA, la hepatitis C y la malaria y terapias contra el cncer y enfermedades genticas. Algunas de estas soluciones estarn disponibles antes de 2015.

Genmica, protemica. La genmica se ocupa de descifrar el genoma de los seres vivos, sus funciones y su regulacin. La protemica es el estudio del proteoma, la funcin y regulacin de las protenas codificadas por el genoma y su funcin en el contexto del organismo. La nanotecnologa proporciona herramientas indispensables para su conocimiento y ambas son claves en el desarrollo de los conocimientos fundamentales para la salud.

APLICACIONES EN SECTORES TRADICIONALES: TEXTIL, CONSTRUCCIN, CERMICA Y OTROS La nanotecnologa supone una oportunidad para obtener productos de alto valor aadido con nuevas y mejores caractersticas, por lo que afectar significativamente a los sectores denominados tradicionales, con aplicaciones que estarn disponibles en los mercados a partir de 2015.

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Sector textil. La competencia globalizada fuerza a este sector hacia una

orientacin a productos de mayor valor aadido para incrementar su productividad. En concreto fabricando productos especiales a base de alta tecnologa que incluye la nanotecnologa, aplicando nuevos textiles como material alternativo en sectores como el aeroespacial, automvil, salud, ingeniera civil, agricultura o telecomunicaciones y buscando la produccin de productos personalizados. Las lneas de investigacin en este campo se centran en:

o Desarrollo de nanofibras. o Utilizacin de diferentes compuestos: nanoarcillas (propiedades

mecnicas, proteccin UV), nanofibras de carbono (resistencia, conductividad y propiedades antiestticas), nanopartculas de xidos metlicos (propiedades fotocatalticas, antimicrobianas)

o Fibras con estructura nanoporosa (ultraligeras y con alto aislamiento trmico, posibilidad de encapsulacin de compuestos qumicos)

o Acabados textiles nanoestructurados para obtener recubrimientos ms completos y precisos, con funciones repelentes al agua, a la grasa y a la suciedad, con funciones antimicrobianas

Construccin. Las nanotecnologas ofrecen un alto potencial para promover

innovaciones radicales y de lato valor aadido en la fabricacin, propiedades y uso de los materiales de construccin. Facilitar materiales ms ligeros, resistentes, con menor impacto ambiental e incluso autoadaptables e inteligentes. Estos materiales se aplicarn a partir de 2015. Algunas de las lneas de investigacin en este campo son:

o Nanoaditivacin de cemento y otros aglomerantes para obtener compuestos que descomponen los compuestos orgnicos voltiles, autolimpiables, antimicrobianos o para incorporar nanosensores que controlen el estado de las estructuras o la calidad del aire en el interior de los edificios.

o Materiales aislantes avanzados basados en aerogeles, vidrios nanoporosos o paneles aislados al vaco.

o Vidrios especiales con propiedades de proteccin antiincendios, recubrimientos funcionales (por ejemplo filtradores de radiaciones)

o Materiales autorreparables. o Materiales inteligentes que respondan a estmulos como la

temperatura, la humedad, la tensin Cermica. Las nanotecnologas ofrecen la posibilidad de desarrollar

cermicas con nuevas funciones, antideslizantes, antirrayado, autolimpiables, esterilizantes, con efectos trmicos o electromagnticos y con nuevas posibilidades estticas. Estas aplicaciones estarn disponibles en el horizonte de 2015.

Otros. Otras aplicaciones relevantes de las nanotecnologas se darn en sectores como el del envase, con envases activos que conservan el producto y mantienen sus caractersticas e informan al consumidor sobre su estado

Abril 2008