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ilami G
. i o ^ B i NANOTECNOLOGIA Y NANOMEDICINA * -Tecnologas
emergentes para mejorar la calidad de vida
Jatro E Mrquez D*
INTRODUCCION
Con los vertiginosos cambios tecnolgicos y cientficos que se han
venido suscitado con el advenimiento de la Nanotecnologa y sus
disciplinas hace ms de una dcada, es claro que se viene encima una
nueva era tecnolgica sin precedentes, advirtindonos de sus
implicaciones en todas las reas del saber, desde la microelectrnica
y las ciencias de la computacin, pasando por todas las reas de la
medicina, hasta llegar a la ingeniera aeroespacial. Los resultados
que se espera obtener por medio de la nanotecnologa a corto,
mediano y largo plazo en trminos socio econmicos son
multimillonarios, donde la manipulacin de la materia desde sus
elementos bsicos es la pieza fundamental para el desarrollo de
nuevos elementos que prometen mejorar la calidad de vida del hombre
y del medio ambiente.
Palabras clave: nanotecnologa, nanomedicina, nanotubos.
SUMMARY
The sudden technological and scientific changes that have
resulted from the nanotechnology and its disciplines for more than
a decade, make clear that a new technological era without
antecedents is here. It has implications in all the reas of
knowledge from micro electronics and computer science, going by all
the reas of medicine and even in aerospace engineering. The results
expected to come from nanotechnology in short mdium an long term in
socio economical standards are multimillionare, were matter
manipulation from its basic elements is the fundamental comerstone
for the development of new elements that promise to improve the
quality of life and the environment.
gf. Key words: nanotechnology, nanomedicine and nanotubes.
-O
Fsico- matemtico, Docente investigador en la UDEC-Colombia.
REVISTA DE LA FACULTAD DE MEDICINA VOL. 9 No. 1 JUNIO DE 2004
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NANOTECNOLOGA Y NANOMEDICINA
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NANOTECNOLOGA
-j- a Nanotecnologa o tecnologa de lo pe-j ^ queo, se conoce
tambin como tecnolo-
loga atmica, tecnologa molecular o tecnologa gris. La
nanotecnologa trabaja a escalas del orden de una milsima de
millonsima de metro (10-9m). El enfoque de investigacin y
desarrollo (I + D) est enfocado a disear, controlar y modificar
materiales orgnicos e inorgnicos, a travs de la miniaturizacin de
componentes a rangos del nivel de un submicrn hasta niveles de
tomos individuales o molculas (lOOnm y O.lnm). A nanoescala, el
comportamiento de los tomos individuales est regido por la fsica y
qumica cunticas, que difieren a microescala y mesoescala, de tal
forma que las propiedades de los materiales cambian de manera
drstica.
La Nanotecnologa hizo su aparicin hace ms de tres dcadas, y su
aplicacin se ha diversificado de manera exponencial en casi todas
las reas del saber, creando de paso nuevas disciplinas de
investigacin y desarrollo (I + D). Como son: r , s M , . T
Nanoelectrnica, Nanomedicina, Nanomquinas, Nanorobtica,
Moletrnica, Nanobiotecnologa, Biomateriales Nanoestructurados,
Computacin Molecular, Computacin de Protenas, Computa-cin Cuntica,
Biocomputacin, Computacin A D N , Computacin ptica, Computacin
Rever-sible (lgica reversible y lgica helicoidal). Qumica
Supramolecular, Espintrnica (Los Dispositivos giro-polarizados),
Nanosensrica, Protocatlisis, Neogentica, Nanomateriales (nanotubos,
nano-hilos, nanopuntos). Fluidos Nanoestructurados, Nanocompuestos
y Simulacin de sistemas Nano-escalares, Nanofotnica,
Nanotexturacin, Nano-Optoelectrnica, Nano-ptica, Nanobiologa,
Nanometra, Nanoinstrumentacin, Nanocon-tactos, Nanograpas o
Nanoclusters, Nanoqumica (clulas de nanocombustible), Nanohilos
inorg-nicos, Nanoporosidades para secuencias gnicas, Nanoanillos,
Nanomagnetismo, Nanolitografa y Nanofabricacin entre otros.
"Si quisiramos ver una mquina nanotecnolgica, solo observemos
nuestro cuerpo y la naturaleza que nos rodea".
Se plantean a un futuro no muy lejano sistemas nanoscpicos que
permitan ensamblar o autoen-samblar estructuras usando como materia
prima elementos del entorno (materiales inteligentes y materiales
autoensamblantes o replicadores). A medida que se reduzca la escala
de trabajo de los dispositivos, los efectos cunticos sern cada vez
ms importantes. Igualmente el control y la utiliza-cin de los
principios cunticos (principio de ex-clusin de Paul, indeterminacin
de Heissenberg, decoherencia cuntica y superposicin entre otros)
harn realidad la posibiUdad de crear dispositivos nanoscpicos, tal
como se puede observar en la figura 1, en la que se observa un
corral cuntico, que es pieza fundamental en microelectrnica y
nanoelectrnica para analizar el comportamiento de los electrones
confinados en espacios ultrape-queos (pozos cunticos y puntos
cunticos).
FIGURA 1. Se observa un corral cuntico construido con tomos
sobre una matriz molecular. Sus aplicaciones van desde
confinamiento de tomos hasta anillos cunticos para electrnica
flexible y nanoelectrnica. Cortesa de IBM.
La naturaleza muestra ejemplos claros de autoen-sambladores como
son las gotas de lluvia sobre una hoja de rbol (autoensamblaje
termodin-mico), un embrin es un ejemplo de autoensam-blaje
codificado. Se espera que en poco tiempo la comunidad cientfica de
todo el mundo, logre com-prender los procesos naturales de la vida
usando la Biotecnologa y la Nanotecnologa (Nano-biotecnologa), en
la que se espera crear y modificar el entorno vivo prcticamente al
antojo, lo que
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NANOTECNOLOGA Y NANOMEDICINA
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implica un paso decisivo en la evolucin no solo de la especie
humana sino de todos los seres que pueblan el planeta Tierra. Tanto
as que el concepto de muerte quedar entre dicho, preservacin de
tejido e individuos ad inf ini tum "Criogena o Biostasis". La vejez
podr ser historia cuando se logre burlar las huellas del tiempo,
"se jugar a ser Dios" como afirman algunos cientficos. ?
Para poder llegar a tan anhelado sueo se estn implementando
nuevos procesos de fabricacin en serie que sern ms econmicos
proyectados hacia el futuro. Con miras a la optimizacin de
productos fruto de la nanofabricacin, existen actualmente una serie
de mtodos para la construccin de es-tructuras menores a los lOOnm,
en la que cada una de ellas presenta ventajas y desventajas segn su
aplicacin. Como son: mtodo de fotolitografa (usada actualmente para
la impresin de chips), mtodo por sonda exploradora (microscopio de
efecto tnel, el microscopio de fuerzas atmicas y el microscopio de
sonda de barrido entre otros), mtodo descendente en los que se
tiene la litogra-fa blanda y la litografa de pluma baada, y
final-mente el mtodo ascendente, que a diferencia del anterior
ensamblan tomos o molculas para formar nanoestructuras.
FIGURA 2. La fusin de disciplinas que antes de los aos noventa
parecan independientes, ayudaron a consolidar la nueva ciencia
conocida fioy como la Nanotecnologa, en la que la computacin es
pieza fundamental en la simu-lacin de procesos fsico qumicos antes
de desarrollar cualquier producto.
NANOMEDICINA
Actualmente la nanotecnologa ha entrado con fuerza en las
instituciones acadmicas en todo el mimdo. En ella la industria ha
puesto sus esperan-zas, ya que se ha demostrado que la inversin en
este campo vale la pena (ms de 3 billones de dla-res para el ao
2004), sobre todo en el rea de la Nanomedicina, donde la
biotecnologa es pieza fundamental. Por ejemplo, en el diagnstico y
tera-pia, el que se emplean nanoestructuras construidas con
materiales inorgnicos, las nanopartculas inyectadas en el organismo
usadas como marca-dores o como medio para almacenar y liberar
frmacos en sitios indicados- magnetofluidos o ferrofluidos, las
modificaciones nanomtricas de implantes superficiales tales como
una cadera artificial, los medios de contraste para deteccin de
enfermedades en fase temprana (puntos cun-ticos y ferrofluidos),
los biochips de ltima genera-cin usado como detector de mutaciones
genticas, los sensores para rastreo y deteccin de malforma-ciones
celulares, los sistemas nanorobticos para control y rastreo de
virus y bacterias letales, los replicadores para reparacin de A D N
y tejido, los ensambladores moleculares para terapia gnica, los
iocentinelas para reparacin de A D N deleccio-nado por radiacin
ionizante, entre otros.
Para poder desarrollar todas estas investigaciones se requiere
de un equipo y tcnicas sofisticadas para el anlisis y obtencin de
la materia prima como son, la microscopa electrnica de barrido
(SEM), la microscopa de transmisin (TEM) con accesorios para lograr
alta resolucin y espectros-copia por prdidas de energa (PEELS).
Tambin se consigue con la microscopa de efecto tnel cuntico (STM),
espectroscopia de rayos X por dis-persin de energa (EDS) y
difraccin de electrones de baja energa (LEED), entre otros.
DESPLIEGUE DE LA NANOTECNOLOGA
La nanotecnologa se despliega en tres campos:
Nanotecnologa seca; se deriva del estudio de la fsica de
superficies y la fisicoqumica de
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NANOTECNOLOGA Y NANOMEDICINA
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V
materiales. Se emplea en la nanoconstruccin de estructuras
usando como materia prima tomos de carbono, silicio, xidos metlicos
y materiales inorgnicos, en donde se aprovecha la propiedad de los
electrones de ser altamente reactivos en estos compuestos, sobre
todo en ambientes hmedos, lo que los hace prome-tedores para la
fabricacin de dispositivos con capacidad de ensamblaje y
autoensamblaje. Con base en las propiedades antes citadas existen
las tecnologas de los nanotubos, los cuales se aplican a la
nanoelectrnica y funcio-nan segn el dopaje como aislantes,
semicon-ductores o conductores elctricos. Tambin se aplica la
nanotecnologa seca en materiales criognicos, en dispositivos
optoelectrnicos, en construccin de dispositivos de estado slido y
en la construccin de ensambladores y autoensambladores
moleculares.
si 4
Nanotecnologa hmeda; su desarrollo est dirigido bsicamente a la
investigacin de sistemas biolgicos o vivientes que son gober-nados
a escala nanomtrica, tales como el material gentico (mapa gentico),
enzimas, hormonas, protenas y componentes celulares en general. Se
ha comenzado a producir nanomquinas basadas en protenas, al igual
que el uso de material gentico para formar enzimas. Las cuales son
de por s mquinas capaces de construir o deshacer molculas. Estas
investigaciones se promueven en la direccin de crear circuitos
moleculares y com-putadoras proteicas.
Nanotecnologa computacional; en ella encontramos la computacin
cuntica y la computacin orgnica o molecular (ADN), tambin abarca
los campos de simulacin y modelado de nanoestructuras complejas,
como son nanocircuitos y nanotransistores co-mo se muestra en la
figura 3. Combina la nano-tecnologa seca y hmeda. Actualmente se
discute si ser mejor empezar desde abajo o desde arriba (en tamao)
para llegar a escalas nanomtricas, tambin se cuestiona la
viabili-dad de una tecnologa que deber "luchar" contra principios
fsicos como el de Incerti-
dumbre de Heissenberg y sus efectos sobre la fsica cuntica, el
calor desplegado por las vibraciones moleculares, las radiaciones
ioni-zantes y no ionizantes y fluctuaciones trmicas entre otros.
J
: f
ENSAMBLADORES
Uno de los gestores de la nanotecnologa molecu-lar Eric Drexler,
autor de las clebres obras "Engi-nes of Creation and Nanosystems"
predice que la nanotecnologa propender a la creacin de micro-robots
y nanorobots y a una revolucin industrial sin precedentes.
Si llegase a realizarse sus predicciones, la funcin primaria de
los nanorobots ser el mantenimiento del cuerpo humano por dentro,
reparacin y ca-bleado de tejido cerebral a control remoto,
repara-ciones corporales tales como arterias, rganos internos,
tumores, odos y ojos sin la necesidad de costosas y riesgosas
cirugas. En este campo se esta trabajando a una escala micro y
macroscpica como es la Inteligencia Artificial l A (Inteligencia
Artificial Nanomtrica lAN), Vida artificial, binica, ciberntica,
microelectrnica y bioingeniera.
Drexler plantea la existencia de los ensambladores o
replicadores, los cuales son mquinas molecula-res que construyen o
ensamblan de abajo arriba bloques o componentes bsicos para formar
pro-ductos. Por ejemplo, mquinas moleculares para tareas especficas
o para repetir la misma funcin que su progenitor, que a su vez
crearan otras ma-yores. Este proceso sigue hasta que las maquinas
de ensamblaje configuren el producto final, ut i l i -zando como
nica materia prima cantidades amor-fas de los tomos necesarios.
Plantea que cualquier tipo de estructura molecular por ms simple
que sea pueda ser construida por nanorobots capaces de
autoreplicarse de tal manera que creen y ensam-blen estructuras
usando elementos del entorno (tomos y molculas), lo que garantiza
el uso racional de materia prima. Dicho principio sera aplicado a
casi todo; alimentos, naves espaciales, vehculos, electrodomsticos,
eliminacin de resi-duos, drogas, rganos y tejidos artificiales,
repara-
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NANOTECNOLOGA Y NANOMEDICINA
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cin de la capa de ozono entre muchas otras cosas. Fantasa o
realidad? Es posible por ahora sea una fantasa, pero la ciencia no
se detiene y es solo cuestin de tiempo.
La empresa privada Zyvex, est en la bsqueda de solucin al
problema de la creacin de los ensambladores, trabajando para
construir la m-quina precursora de ensamblaje. La empresa tiene
tres mtodos para abordar este problema:
1. Involucrar la creacin de dispositivos que pueden fabricar
versiones ms pequeas de ellos mismos, y su vez, estos crearan
versiones ms pequeas an.
2. Creacin de piezas tipo "Lego" que se pueden manipular y luego
armar (montar) en tres dimensiones, rt-;u Bnu rmn'}&iq i fU
no'j ioi
3. Desacelerar una capa de tomos en una superficie, luego
ponerlos en orden y despus montar encima otra capa de tomos.
La NASA tiene un ambicioso programa, con miras a solucionar el
problema de los daos ocasionados por la radiacin del espacio en las
clulas de los cuerpos de sus astronautas, en particular su A D N el
cual degenera en tumores o cncer. La idea consiste en disear
nanopartculas o nanocpsulas que se inyectaran directamente a la
corriente sangunea de las personas, de tal manera que estas
identificaran las clulas daadas por radiacin ionizante (rayos X,
rayos UV) por medio de los marcadores, que son una clase particular
de protena llamada CD-95, las cuales se ubican en la parte externa
de la membrana celular, luego de estar identificada, las
nanocpsulas iniciaran la reparacin de las clulas de forma
individual o en su defecto, deshacerse de aquellas clulas que son
propensas a mutar o que estn muy daadas como para ser reparadas. -
- . . t r ? t , . ; V - , , ^ i . . . .
Otro mtodo que se est investigando en nanome-dicina usando la
nanotecnologa son las enzimas. Cada una de ellas es una fbrica
qumica completa, reducida a una escala nanomtrica. Estas enzimas
han evolucionado durante miles de millones de
aos para lograr una fabricacin ideal de produc-tos qumicos.
Estas nanomquinas moleculares son quienes hacen que la vida
funcione. Estas investi-gaciones traen tras de si implicaciones
evolutivas sin precedentes, es decir, manipular las fbricas qumicas
de la vida involucra cambios en las estructuras atmicas y
moleculares de las clulas, y por ende de las formas de vida
macroscpicas.
Se han desarrollado diminutos granos de silicio que son capaces
de ensamblarse, orientarse y "sentir" el entorno de forma
espontnea. Se est ante un primer paso hacia la construccin de
robots del tamao de un grano de arena que podran ser usados en
nanomedicina, vigilancia del bioterro-rismo o control de polucin.
,>^ > , . - . > - . I . - -
El diseo y sntesis de estos chips de silicio tan pequeos, tambin
llamados "polvo inteligente", ha sido llevado a cabo por Michael
Sailor y Jamie Link, de la UCSD (University of California San
Diego). Consisten bsicamente en dos espejos colo-reados, verdes por
un lado y rojos por el otro. Cada superficie ha sido modificada
para que encuentre y se pegue a un objetivo en particular, y para
que ajuste su color ligeramente, permitiendo que el observador sepa
que ha sido hallado.
Para crear el polvo inteligente, se utilizan sustan-cias
especficas para grabar una de las caras de un chip de silicio,
generando as una superficie reflec-tante coloreada y dotada con
pequeos poros. Luego, se permite que esta superficie porosa se
convierta en hidrofbica, dejando que una sustan-cia qumica que lo
es, se una a ella. Despus, se graba el otro lado del chip para
crear una superficie porosa, tambin reflectante, pero de distinto
color, y se la expone al aire para que se convierta en hidroflica.
Usando vibraciones, se rompe el chip en diminutos pedazos, para que
cada uno alcance el tamao del dimetro de un cabello humano. Cada
fragmento ser ahora un pequesimo sensor con superficie opuesta, de
colores diferentes y distinta inclinacin hacia el agua.
Cuando se aade este polvo a un recipiente con agua, las
partculas se alinearn con la cara hidro-flica apuntando hacia el
agua, y la hidrofbica
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NANOTECNOLOGA Y NANOMEDICINA
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hacia el aire. Si se aade una gota de una sustancia oleosa, el
polvo rodear la gota con la cara hidrof-bica apuntando hacia
dentro. Adems de esta nueva alineacin, se producir un ligero cambio
de color en el espejo hidrofbico. Dicho cambio de color depender de
la sustancia insoluble utiliza-da, y se explica por la entrada del
lquido oleoso en los poros de la cara hidrofbica de la partcula de
silicio. El cambio de color seala al observador externo que se ha
localizado el objetivo correcto.
De igual manera, el lado hidroflico del chip cam-biar de color
en funcin de la identidad del lqui-do hidroflico con el que
contacte. Observar el cambio en xma sola partcula sera muy difcil.
En cambio, el comportamiento colectivo facilita la deteccin de la
seal.
El objetivo ltimo es construir dispositivos en miniatura que
puedan moverse con facilidad a travs de un entorno reducido (como
una vena o una arteria) hacia objetivos especficos, para despus
localizar y detectar compuestos qumicos o biolgicos e informar
sobre ello al mundo exte-rior por medio de ondas infrarrojas,
ultrasonido o radiofrecuencia. Estos sistemas podran ser em-pleados
para controlar la pureza del agua potable o marina, para detectar
agentes qumicos o biol-gicos peligrosos en el aire, o incluso para
localizar y destruir clulas cancerosas en el cuerpo.
Actualmente a nivel de la nanoelectrnica, que es complemento a
la Nanomedicina y medicina en general, se habla de las
nanoestructuras autoen-sambladas, como son: los puntos cunticos
(QD), los anillos cunticos (Q-Ring) o los hilos cunticos (QWR).
Estas estructuras, escaladas a tamao nanomtrico se forman de manera
natural, debido a los efectos de tensin-relajacin cuando un
material semiconductor crece sobre una superficie de un segundo
material semiconductor con un OiiiKJSM'l. J> mitf. o J
ligero desajuste de red. Su tamao resulta ade-cuado para el
confinamiento espacial de las cargas elctricas, produciendo una
escalera de niveles de energa atmicamente abruptos. Estos niveles
pueden ser usados como base para construir nuevos materiales
semiconductores avanzados.
f. El mecanismo de auto ensamblaje permite la formacin de
decenas de billones de puntos por cm2 con un alto grado de
uniformidad en un nico paso de crecimiento. Los puntos pueden ser
inme-diatamente cubiertos por una segunda capa del material
sustrato, configurando de sta manera un material con una alta
calidad ptica. Algunas de las ventajas de su utilizacin en
dispositivos lser demuestran el gran potencial de sta tecnologa, en
particular los anillos, que emiten en el rango de los 980nm. Los
hilos cunticos, una vez recubier-tos con InP presentan tina fuerte
emisin en L55_m a temperatura ambiente, por lo que su empleo en la
regin activa de lseres tiene una importante aplicacin tecnolgica en
el mundo de las teleco-municaciones, tt;?^
NANOTUBOS
Los primeros elementos generados utilizando Tecnologa atmica
fueron los nanotubos^ para posteriormente construir
nanoestructuras. Los nanotubos son el tercer estado del carbono. A
l igual que nanocristales, todos ellos tienen dimensiones que
oscilan entre los muy grandes de 800nm hasta los ms pequeos de l l
n m . Se han identificado las firmas pticas de 33 "especies" de
nanotubos de carbono. Su obtencin se efecta al hacer pasar im arco
elctrico a travs de dos barras de grafito, que al vaporizarlas se
obtiene una masa tipo holln cuya estructura cristalogrfica es de 60
carbonos distribuidos en forma de bola llamada BuckyboUa o
fuUereno^.
... * Los primeros fueron descubiertos en 1991 por el
investigador japons de la NEC S. lijima y tienen la forma de
relativamente largos tubos cilndrinos de carbono y son elaborados
pro procesos de crecimiento cataltico. Se argumenta que son en
realidad "lminas" de grafito enrolladas y relacionadas con el tipo
de carbonos conocidos como fullerenos. Los fullerenos son
macromolculas, arreglos de cabono de dimensiones nanomtricas que
exhiben propiedades especficas tales como: superconductividad,
trmicas, elctricas, alto mduo de Young, arreglos tiexagonales y
pentagonales especficos.
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Los nanotubos de carbono de una sola capa, forma-dos por
configuraciones geomtricas hexagonales de tomos de carbono,
presentan un doble compor-tamiento como lo es de ser metlicos o
semicon-ductores, y la diferencia radica en el dimetro del nanotubo
y la helicidad que describe el ngulo de torsin del tubo hacindolo
elstico y resistente, a parte de no poseer defectos o dislocaciones
lo hace poseer alta resistencia a las tracciones (100 veces mayor
que el acero, pero con un sexto de su peso), alta deformacin a
rotura, presentan propiedades mecnicas ptimas a nivel ptico,
magntico y elc-trico fuera de lo comn, lo que permite entre otras
cosas llenarlos con molculas metlicas, ya que estas no tienen
ninguna interaccin con las paredes hacindolas ideales como
lubricantes, o llenarlos con gases como hidrgeno o como sistema de
carga para frmacos.
En aplicaciones fotovoltaicas, el diseo de sntesis de diadas y
triadas de fullerenos de 60 carbonos pretenden revolucionar los
acumuladores de ener-ga creando materiales basados en
metaloftalacia-ninas, tambin pueden utilizarse para crear sondas no
invasivas en materiales, desalinizar y purificar agua, sondear
clulas humanas y manipulaciones genticas in vivo e in vitro, la
utilizacin de nanoes-tructuras en la superficie de naves
espaciales, para creacin de pistas electrnicas 100 veces ms
estre-chas que las que existen en los circuitos de los microchips
de silicio ms avanzados hoy en da.
Tambin se ha demostrado que al sintetizar molculas con
propiedades similares a las del A D N que se adaptan mejor a la
estructura de los nanotu-bos, tienen ms estabilidad trmica y estn
exentos de degradacin enzimtica. Adems, esas molcu-las, llamadas
PNA, son compatibles con los disol-ventes orgnicos a los que estn
sometidos los nanotubos de carbono y facilitan su ensamblaje,
convirtindolos en materia prima para la fabrica-cin de biosensores,
transistores de im solo electrn y otios dispositivos
nanotecnolgicos.
La tecnologa de los nanotubos est usndose en prototipos de
pantallas para publicidad, para celula-res, monitores y televisin.
Dependiendo de su apli-cacin los nanotubos se clasifican en cuatro
familias:
FIGURA 3. La imagen computarizada muestra una estructura de
nanotubos ligada a una matriz polimrica captando protenas para
fijarla a ella. Cortesa IBM. ^
1. Carbono o grafitica que es una malla tubular hexagonal
abierta con infinidad de aplicacio-nes entre las ms importantes est
la Nanoe-lectrnica y la Fsica de Semiconductores.
2. Boro y Nitigeno, su configuracin es igual que el primero,
pero con la diferencia que las molculas de Boro y Nitrgeno ocupan
de forma alterna los nodos de la red haciendo que sta sea abierta.
Por ejemplo el nitruro de boro tiene una alta estabilidad qumica,
es un mate-rial aislante y tiene propiedades refractarias,
resistencia a altas temperaturas y fibras qumi-camente resistentes.
Estos nanotubos pueden rellenarse con ncleos metlicos y no metlicos
para formar estiucturas en forma de cable para ser usados
posteriormente como material cer-mico en microelectrnica y como
catalizadores (por ejemplo xido de alfa-aluminio).
3. Doble Capa Lipdica que consiste en un siste-ma de molculas
carbonadas complejas unidas por medio de un nanotubo.
4. Citoesqueleto, el cual es el armazn interno o bioestructura
de las clulas y le brindan esta-bilidad y rigidez a parte que
cumplen el papel de intercambiador de iones celulares.
Macro aplicaciones de nanotubos est la de cables con altas
propiedades mecnicas; los que podran
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NANOTECNOLOGA Y NANOMEDICINA
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Los nanotubos de carbono de una sola capa, forma-dos por
configuraciones geomtricas hexagonales de tomos de carbono,
presentan un doble compor-tamiento como lo es de ser metlicos o
semicon-ductores, y la diferencia radica en el dimetro del nanotubo
y la helicidad que describe el ngulo de torsin del tubo hacindolo
elstico y resistente, a parte de no poseer defectos o dislocaciones
lo hace poseer alta resistencia a las tracciones (100 veces mayor
que el acero, pero con un sexto de su peso), alta deformacin a
rotura, presentan propiedades mecnicas ptimas a nivel ptico,
magntico y elc-trico fuera de lo comn, lo que permite entre otras
cosas llenarlos con molculas metlicas, ya que estas no tienen
ninguna interaccin con las paredes hacindolas ideales como
lubricantes, o llenarlos con gases como hidrgeno o como sistema de
carga para frmacos.
En aplicaciones fotovoltaicas, el diseo de sntesis de diadas y
triadas de fullerenos de 60 carbonos pretenden revolucionar los
acumuladores de ener-ga creando materiales basados en
metaloftalacia-ninas, tambin pueden utilizarse para crear sondas no
invasivas en materiales, desalinizar y purificar agua, sondear
clulas humanas y manipulaciones genticas in vivo e in vitro, la
utizacin de nanoes-tructuras en la superficie de naves espaciales,
para creacin de pistas electrnicas 100 veces ms estre-chas que las
que existen en los circuitos de los microchips de silicio ms
avanzados hoy en da.
Tambin se ha demostrado que al sintetizar molculas con
propiedades similares a las del A D N que se adaptan mejor a la
estructura de los nanotu-bos, tienen ms estabilidad trmica y estn
exentos de degradacin enzimtica. Adems, esas molcu-las, llamadas
PNA, son compatibles con los disol-ventes orgnicos a los que estn
sometidos los nanotubos de carbono y facilitan su ensamblaje,
convirtindolos en materia prima para la fabrica-cin de biosensores,
transistores de im solo electrn y otros dispositivos
nanotecnolgicos. : *
La tecnologa de los nanotubos est usndose en prototipos de
pantallas para publicidad, para celula-res, monitores y televisin.
Dependiendo de su apli-cacin los nanotubos se clasifican en cuatro
familias:
FIGURA 3. La imagen computarizada muestra una estructura de
nanotubos ligada a una matriz polimrica captando protenas para
fijarla a ella. Cortesa IBM.
1. Carbono o grafitica que es una malla tubular hexagonal
abierta con infinidad de aplicacio-nes entre las ms importantes est
la Nanoe-lectrnica y la Fsica de Semiconductores.
2. Boro y Nitrgeno, su configuracin es igual que el primero,
pero con la diferencia que las molculas de Boro y Nitrgeno ocupan
de forma alterna los nodos de la red haciendo que sta sea abierta.
Por ejemplo el nitruro de boro tiene una alta estabilidad qumica,
es un mate-rial aislante y tiene propiedades refractarias,
resistencia a altas temperaturas y fibras qumi-
i camente resistentes. Estos nanotubos pueden rellenarse con
ncleos metlicos y no metlicos para formar estructuras en forma de
cable para ser usados posteriormente como material cer-mico en
microelectrnica y como catalizadores (por ejemplo xido de
alfa-aluminio).
3. Doble Capa Lipdica que consiste en un siste-ma de molculas
carbonadas complejas unidas por medio de un nanotubo.
4. Citoesqueleto, el cual es el armazn interno o bioestructura
de las clulas y le brindan esta-bilidad y rigidez a parte que
cumplen el papel de intercambiador de iones celulares.
Macro aplicaciones de nanotubos est la de cables con altas
propiedades mecnicas; los que podran
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utilizarse en la constaruccin de puentes en suspen-sin,
construcciones resistentes a impactos de terremotos o de elementos
naturales. Tambin se plantea como cables superconductores que
traba-jen a temperaturas ambientales.
La propiedad de los nanotubos de sostener esfuer-zos axiales en
ciertos niveles, lo hace ideal para ser una til como herramienta de
sondeo micros-cpico, como sondas celulares para ingeniera gentica,
que inyecten directamente el material a la clula blanco sin
perturbar a las dems. Sondas para explorar materiales sin daarlos
en su estructura molecular, etc. Debido a su flexibilidad es
posible utilizarlos como absorbentes de golpes. Se pueden utilizar
para transmitir calor en una direccin, ya que tienen una gran
conductividad trmica a lo largo del tubo. El objetivo es poder
hacer nanoalambres que revolucionen la industria de ordenadores al
crear procesadores y difusores de calor ms pequeos que los
actuales, envol-vindolos con boro-nitrato se hace posible aislarlos
del ambienten En nanomedicina, se plantea la posibilidad de
utilizar nanotubos para enviar directamente a las clulas el
material gentico, a la par de tratar infecciones y otras
enfermedades directamente en el foco de origen; con los nanotu-bos
no se perfora la piel ni se daan otros rganos, se dirige
especficamente al blanco deseado, y adems puede viajar
tranquilamente por el sistema circulatorio, respiratorio y renal
entre otros, sin ningn problema.
Con miras a fijar o ensamblar nanotubos en siste-mas biolgicos,
se ha creado un anlogo del A D N , Uamado cido nucleico peptdico
(PNA), que mimetiza el A D N natural, cuya diferencia es ser
soluble en disolventes orgnicos y que es un medio ideal para
ensamblar los nanotubos, ya sea entre ellos mismos, o con otros
componentes, tales como partculas para hacer transistores,
compuestos biolgicos o como sensores biolgicos. . ?,j / . i -
aqeq 9 r!>!qmui mp sicq s sabi^n v bcbik
CONCLUSIN
Es evidente el impacto que tendrn la Nanotec-nologa y la
Nanomedicina cuando maduren mucho ms, cambiando e\o en que vivos.
Los ensambladores moleculares (replicadores), los nanorobots, las
nanoestructuras basadas en nanotubos, la nanomedicina y la
nanoelectrnica entre muchas otras disciplinas, van a moldear la
materia y el entorno como jams nadie lo habra imaginado, Uevando la
tecnologa a un nuevo pedestal de desarrollo sin precedentes,
permi-tiendo la construccin de lo que no se poda cons-truir hace
pocos aos. -Curar lo que no se poda curar, vivir lo que no se poda
vivir.- Es fascinante pensar en todas las cosas buenas que nos
depara esta ciencia.
Actualmente los beneficios ya se estn poniendo en tela de
juicio, pues se plantea que existe un grave problema no solo tico
sino tambin sobre el uso deliberado de la nanotecnologa para fines
militares o terroristas (nanoterrorismo), en el que la comunidad
cientfica hasta ahora est estu-diando las posibles incidencias de
esta ciencia en la vida del planeta Tierra.
Personalmente pienso que la investigacin y el desarrollo,
independiente de si es nanotecnolgico o no, va ligado a la poltica,
y esta trae tras de s la carga militar. Por lo tanto, es
indispensable analizar ms a fondo las futuras implicaciones de la
Nano-tecnologa en el medio ambiente, en las cuales se deben trazar
unas directrices enmarcadas dentro del contexto biotico, biopoltico
y nanopoltico, condensado en la "Nanobiopoltica), con miras a que
estas disciplinas velen por el bienestar de la vida; teniendo como
referente que la vida al pasar de ser natural a "artificial" buscar
ella misma emerger como un sistema complejo evolutivo autnomo,
emulando a la propia naturaleza, te-niendo presente que estos
nuevos sistemas u orga-
9 sutjbrmnj ktes aodjonfiri ao 'si rJ.
3 Recientemente se estudia la posibilidad de la desalinizacin
del agua y utilizarlos en plantas de tratamiento de aguas
residuales. Debido a su ^ gran conductividad y su razn de rea a
volumen los manotubos son ms eficientes en remover del agua sales y
otros compuestos, que el
carbn.
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nismos vivos producto de la nanotecnologa sean o no
autosostenidos, no i m p l i q u e n a futuro cam-bios o mutaciones
que conlleven a catstrofes biolgicas irreversibles sin
precedentes.
La Nanotecnologa es y ser una herramienta poderosa en el m u n d
o de la ciencia y la tecnologa, llevadas dentro del marco biotico y
nanobiopo-ltico podr aportar grandes beneficios para la humanidad.
A l a vez, de manera tcita formularn nuevos paradigmas
concernientes a la forma de definir y ver la v ida .
"El que logre dominar total o parcialmente la ciencia de la
nanotecnologa, ser quien doblegue al mundo a su servicio." i
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