Hasta los Superhéroes usan nanotecnología Daniel Domínguez Gómez - Zentli Rodríguez González Ingeniería Biotecnológica Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología Instituto Politécnico Nacional
Hasta los Superhéroes usan nanotecnología
Daniel Domínguez Gómez - Zentli Rodríguez GonzálezIngeniería Biotecnológica
Unidad Profesional Interdisciplinaria de BiotecnologíaInstituto Politécnico Nacional
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Para empezar…
¿Qué es la nanotecnología?
Se podría definir como la fabricación de materiales, estructuras, dispositivos y sistemas a escala de un nanómetro… la milmillonésima parte de un metro.
Nano proviene del vocablo griego νανοϛ que significa diminuto, enano, pequeño.
También se refiere a la aplicación de nuevos conceptos y propiedades (físicas, químicas,
biológicas, mecánicas, eléctricas...) que surgen como consecuencia de esa escala tan reducida. Co
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Hoy en día tenemos el conocimiento necesario para manipular y construir objetos de estos tamaños
(nanociencia),
Que serán utilizados en un futurocercano para realizar una función específica dentro
de un determinado dispositivo (nanotecnología).
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Del gran impacto que está teniendo actualmente la nanotecnología y de las enormes aplicaciones
que de ella se derivan, proviene la gran proliferación del “nano”.
Así, oímos hablar de disciplinas como: nanoquímica, nanoelectrónica, nanomedicina
o nanobiotecnología
o de objetos tales comonanopartículas, nanotubos, nanoimanes o
nanomotores.
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Estos pueden considerarse que son los actores del nanomundo, objetos con tamaños comprendidos
entre 0.1 nm y 100 nm
El trabajo de esta ciencia es similar al de una construcción…
Desarrollamos algo grande en base a componentes pequeños, por ejemplo una
casa con cientos de ladrillos
Solo que en vez de ladrillos, en el nanomundo se utilizan moléculas, y se ensamblan una por
una hasta lograr algo mas complejo.
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¿y porqué hasta los superhéroes usan nanotecnología?
La respuesta es sencilla:
Existen infinidad de aplicaciones para esta nueva disciplina, y van desde las ventanas de un auto hasta el
laboratorio de biología molecular
Aquí se presenta un panorama de o que podemos hacer con nanotecnología y la relevancia y potencial de las
aplicaciones a corto y largo plazo
El carácter multidisciplinario de la nanotecnología proporciona un amplio abanico de aplicaciones que, con toda seguridad, van a cambiar nuestras vidas en las próximas décadas.
Las áreas de aplicación de la nanotecnología son:
NANOTECNOLOGÍA
Nanomateriales
Nanoelectrónica
Sensores y actuadoresInstrumentación
Nanobiotecnología/biomedicina
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Nanomateriales Un material sintetizado con dimensiones nanométricas
( nanomaterial) tiene gran superficie relativa y nanoporosidad lo que
permite aumentar su reactividad.
Algunos manifiestan comportamientos
mecánicos, ópticos, o eléctricos diferentes a los de
sus “hermanos mayores”.
En cambio se han sintetizado materiales completamente
nuevos que son propios de la nanoescala como ocurre con los
nanotubos de carbono
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Nanopartículas como catalizadoresLas nanopartículas se pueden usar como catalizadores en
multitud de reacciones químicas.Podemos modificar las propiedades iniciales de un material de partida mediante la incorporación de ciertos nanomateriales.
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Resistencia a fractura
Puede cambiar sus propiedades.
Adhesivo
+Nanopartíc
ulas
Por lo tanto, los nanomateriales y nanopartículas permiten cambiar las propiedades de materiales ya
existentes.
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•Si las partículas que se añaden absorben la radiación UV el material cambiará sus propiedades ópticas
•Si dichas Nanopartículas son hidrófobas el material resultante no se mojará tan fácilmente,
•Si poseen carácter bactericida el material tendrá utilidad en aplicaciones sanitarias o quirúrgicas.
Se dice que lo “nano” aprende de lo “bio” Entender el funcionamiento de un material natural , permite
trasladar algunos conceptos a otro ámbito de aplicación.
Una de las aplicaciones recientes ha consistido en la fabricación de un plástico transparente tan
resistente como el acero.
Se ha imitado la estructura molecular de las conchas marinas, mediante nanocapas de arcilla y de un
polímero orgánico que actúa como pegamento.
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El resultado es un material muy resistente y transparente.
Sus aplicaciones incluyen la fabricación de tejidos y trajes de seguridad, capas de blindaje para vehículos y sustitutos del
vidrio
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Son ejemplos que la naturaleza pone a nuestra disposición para diseñar nuevos
materiales.
Las estructuras de la flor de loto
Las patas de los tritones
La tela de araña
NanoelectrónicaEn un futuro no muy lejano se integrarán en un único
dispositivo algunos equipos como:
Nan
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s teléfonos móviles
sistemas de
control remoto
sistemas de localización GPS
sensores de
tempe-ratura
Se ha desarrollado un nanotermómetro basado en
nanotubos de carbono rellenos de galio.
El mundo de aplicaciones de los sensores es prácticamente infinito:
• Medición de contaminantes• Sistemas de detección de incendios en bosques
• Detección de explosivos
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Nanosensores
NanobiomedicinaLos seres humanos siempre hemos buscado
Erradicar enfermedades, ser más longevos y disfrutar de una vejez más saludable.
El hombre hace esfuerzos increíbles por entender cómo funcionamos y cuáles son las causas de nuestras
enfermedadesbuscando remedios que a su vez sean accesibles para una
gran parte de la población mundial.
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Liberación controlada de fármacos
En la actualidad los fármacos se incorporan al torrente sanguíneo directamente o a través
del sistema digestivo y se distribuyen por todo el organismo.
Esta forma de proceder es ineficiente ya que se desperdician fármacos en
lugares donde no se necesitan.
En ciertas ocasiones, estas sustancias pueden resultar dañinas para ciertos tejidos u órganos
sanos, produciendo efectos secundarios.
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Estos actuarían como “nanomisiles inteligentes” y podrían ser los precursores de los tan publicitados
y controvertidos nanorobots
Con ayuda de nanovehículos los
fármacos viajan por nuestro interior hasta la región enferma y liberan ahí la
sustancia activa
Minimizando los efectos secundarios y permitiendo
aumentar las dosis efectivas
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Existen sistemas de esterilización de agua y aire basados en nanofibras que repelen las bacterias y los virus con muchísima mayor eficiencia que las membranas tradicionales.
Se sintetizan nanomateriales para obtener prótesis resistentes y biocompatibles que sirven de soporte para el crecimiento de huesos y cartílagos.
La nanomedicina tiene muchas otras posibilidades.
Investigadores del MIT y de la Universidad de Hong Kong han sintetizado un gel de péptidos nanoestructurados que permite detener
hemorragias en pocos segundos.
Una combinación de polímeros y nanopartículas ha sido usada para
regenerar nervios en ratones.
Abriendo la puerta a la reparación de tejido nervioso y a la posible recuperación de
parapléjicos y tetrapléjicos.
Queda mucho tiempo antes de saber si estas investigaciones van a tener las consecuencias deseadas.
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Nanosensores para controlar las condiciones del suelo y del agua
Nanopartículas para controlar la textura de los alimentos
Nanopartículas fluorescentes que detecten o la aparición de procesos de descomposición
Nanocontenedores con vitaminas que mejoran la dosificación y absorción de las mismas o que aumenten la estabilidad de los
nutrientes
Por tanto, tarde o temprano acabaremos “comiendo nanotecnología”.
Nanotecnología en la alimentaciónN
ano
aplic
acio
nes
Nanobiotecnología
La capacidad que nos ofrece la nanotecnología para manipular biomoléculas permite construir diferentes
estructuras utilizando proteínas, lípidos, azúcares y ácidos nucleicos.
Resulta especialmente interesante el uso del ADN como “material de construcción” de nanoestructuras
funcionales
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Dadas sus dimensiones, el ADN es un auténtico nanobiopolímero
Con el cual es posible diseñar y construir cadenas complementarias se unan entre sí.
De esa forma se puede sintetizar unacadena de ADN con la secuencia que se desee.
Así los nanobiotecnólogos pueden ensamblar cadenas de ADN y construir las bioestructuras que más les
interesen
El ADN ramificado se utiliza en diversos tipos de biosensores usados en medicina
Entre los cuales se encuentran los sistemas más sensibles para detectar y cuantificar la presencia del virus del sida en la sangre de los pacientes infectados
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DEL LABORATORIO AL ESCAPARATE
Estos conceptos e ideas se pueden traducir en
como la tecnología nos sirve para obtener
nuevos productos y bienes de consumo.
Algunos de estos productos ya están a nuestra
disposición.
¡Bienvenidos al
nanomercado!Nan
omer
cado
Nan
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Te sorprendería saber lo frecuente que es la presencia de nanocosas en los objetos de uso
común y no tan cotidiano
Y esto es solo el comienzo…
En el futuro estos objetos invadirán los mercados y podremos aprovechar al máximo el
potencial oculto en estas pequeñísimas partículas
• Por un lado, los procesadores más modernos que se venden en el mercado tienen ya componentes
• con partes de dimensiones nanométricas,
• Dichos procesadores se usan de forma cotidiana tanto en aplicaciones lúdicas (consolas de videojuegos como la PS3 de Sony,
• reproductores de música y video como los IPOD Nano de Apple, etc) como en una amplia gama de
• equipamiento electrónico. Sin embargo, el área de la electrónica no es el que más “nanoproductos”
Nan
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• Los nanotubos de carbono también han irrumpido en el mundo del deporte. Empresas como Babolat• (http://www.babolat.com/) fabrican raquetas de tenis que incorporan estos nanomateriales,• aligerando su peso a la vez que aumentan sus prestaciones mecánicas. Pero quizás uno de los• ejemplos más llamativos corresponde a la bicicleta diseñada por la empresa suiza BMC, cuyo cuadro• incorpora nanotubos de carbono y ¡pesa menos de un kilogramo! Los nanotubos de carbono• también se emplean en la elaboración de palos de hockey, bates de béisbol, etcétera. Además de• todas estas aplicaciones, las moléculas de C60 (fullerenos) ya se usan por empresas como la
japonesa• Nanodesu para recubrir las bolas que se utilizan en el juego de bolos porque disminuyen• la fricción.• Una curiosidad como “postre” de este paseo por el nano-mercado. Recientemente, un restaurante• de Nueva York ha entrado en el libro Guiness de los récords por ofrecer el postre más caro• del mundo: una delicia de varios chocolates que incluye nanopartículas de oro. Ya existen casas• comerciales dedicadas a producir este “nano-manjar” que, por cierto, no sabemos si tiene un• sabor a la altura de su precio.
• La empresa OXONICA (http://www.oxonica.com/) ha desarrollado un producto llamado Optisol,
• que incorpora nanopartículas de dióxido de titanio, capaces de absorber la radiación ultravioleta.
• Este producto se usa en protectores solares, sombras de ojos, maquillajes, etcétera. La misma
• empresa comercializa otro producto (Envirox), basado en el uso de nanopartículas de óxido de
• cerio, que actúa como catalizador en vehículos, ahorrando combustible y reduciendo emisiones
• de dióxido de carbono, y también ha puesto en el mercado nanopartículas metálicas recubiertas
• de óxido de silicio para ser usadas como marcadores ópticos en estudios biológicos.• Los anteriores ejemplos ilustran cómo una misma empresa produce nanomateriales
• Los anteriores ejemplos ilustran cómo una misma empresa produce nanomateriales orientados• a tres sectores de consumo totalmente diferentes. Hay cientos de fabricantes consolidados en el• mercado de nanopartículas y nanomateriales (puede verse un listado de las mismas en http://nanoparticles.• org/). Entre estos, podemos mencionar, además de los ya citados: vidrios con nanopartículas• hidrófobas usadas en espejos, automóviles y gafas para evitar que se empañen; ropa elaborada• con textiles que incluyen también partículas hidrófobas o bactericidas, de forma que repelen la• humedad y tardan más tiempo en ensuciarse; vidrios fabricados con nanopartículas que bloquean• el paso de la radiación ultravioleta y así evitan el calentamiento dentro de vehículos y viviendas;• materiales cerámicos que incluyen nanopartículas con capacidades antibacterianas lo que les• hace útiles para ser usados en aplicaciones sanitarias y como depuradores de aire; frigoríficos y• equipos de aire acondicionados que tienen nanopartículas de plata (también antibacterianas) en• sus filtros; envases con nanopartículas hidrófobas y antibacterianas capaces de retener mejor la• humedad y de preservar por más tiempo los alimentos; auriculares fabricados con polímeros con• nanopartículas incrustadas capaces de repeler la grasa y evitar que los dispositivos electrónicos• se ensucien, aumentando de esta forma su vida útil; pasta de dientes que incluye nanopartículas• que permiten una mejor fijación de flúor en el esmalte dental, etcétera. La lista de productos empieza• a ser muy extensa y lo más seguro es que ya estemos usando algunos de estos productos sin• caer en la cuenta de su origen nanotecnológico.
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Y si te preguntabas:¿Todo esto se hace también en MÉXICO?
La respuesta es SI
Aunque estamos muy atrasados en el tema varias instituciones como el IPN, la UNAM y otras universidades y centros de investigación en el interior de la república realizan investigaciones en el tema.
Referencias
NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍAEntre la ciencia ficción del presente y la tecnología del futuro. Fundación española para la ciencia y tecnología, José Ángel Martín Gago, España
Para mas informaciónhttp://www.fecyt.es donde podrás descargar este libro en pdf.
Agradecimientos a:
Sistema de Transporte Colectivo MetroPor las facilidades otorgadas
Gracias por su atención