Por: Dr. Edwin Quispe Alcarraz. Catedrático de la Universidad del Pacífico, UPC y UNFV. 

En la actual sociedad del conocimiento, en pleno siglo XXI, se está desarrollando de modo vertiginoso una tecnología fundamental denominada Nanotecnología,  la cual  está generando  una revolución científica eliminando viejos paradigmas (respecto a la forma de concebir las propiedades de la  materia), en las diversas áreas del conocimiento, la cultura, la ciencia y la sociedad. La Nanociencia es el estudio de los procesos fundamentales que ocurren en las estructuras de un tamaño entre 1 y 100 nanómetros, las que se conocen como nanoestructuras; mientras que la Nanotecnología es el área de la investigación que estudia, diseña y fabrica materiales a escalas nanoscópicas y le da aplicaciones prácticas.

El prefijo nano proviene del latín nanus que significa “enano”. Un nanómetro es la mil millonésima parte de un  metro  1/1 000 000 000 equivalente a 0,000000001 m., pero ¿por qué es importante este pequeño tamaño?, la respuesta se encuentra en la siguiente analogía: Si se compara una moneda de oro con un lingote del mismo material y de la misma pureza se  observa que la moneda de oro tiene las mismas propiedades físicas y químicas del lingote; y esto se mantiene si se sigue dividiendo la moneda en centímetros, milímetros y micras, pero cuando llega a la nanoescala todo cambia, el fragmento nanoscópico de la moneda de oro ya no es dorado,  se altera  su punto de fusión, sus propiedades físicas y químicas originando atributos y principios nuevos, el nanopedazo de oro deja de comportarse como el oro convencional, a este nivel se observa los fenómenos cuánticos de la materia, gobernados por la mecánica cuántica. Al respecto Guimpel Julio y Pastoriza Hernán (2014), en el artículo “La arquitectura a escala nanoscópica” publicado en la revista Ciencia Hoy, refieren que: Cuando los electrones se encuentran restringidos a moverse en una región muy pequeña del espacio se dice que están confinados. Y cuando esta región es tan pequeña que es comparable a la longitud de onda asociada al electrón llamada longitud de De Broglie, comienza a observarse el así llamado comportamiento cuántico. La característica fundamental de la Nanotecnología es la de aprovechar estos cambios que ocurren a nivel nanoscópico para fabricar nuevos materiales con propiedades diferentes.

Las diversas propiedades biológicas, físicas y químicas que tienen los materiales en los sistemas nanométricos difieren en muchos aspectos con las propiedades de los materiales en los sistemas macroscópicos. La Nanotecnología como ciencia interdisciplinar busca entender y aprovechar estas nuevas propiedades para fabricar nuevos materiales, dispositivos  e insumos en las diversas áreas de la ciencia, con el fin de  superar las limitaciones del presente.

Los avances de la Nanociencia y la Nanotecnología  implican cambios significativos en la sociedad, ya que en el campo de la medicina permite retardar el envejecimiento, eliminar las cirugías, la destrucción de tumores cancerígenos, el tratamiento de los efectos secundarios de la quimioterapia, como también la terapia del Parkinson mediante fármacos nanoscópicos que permiten atravesar la barrera hematoencéfalica y regenerar las neuronas en el lóbulo frontal del cerebro. La utilización de los microrrays de ADN está siendo contemplada en investigación con múltiples propósitos, como por ejemplo para los estudios de polimorfismo de único nucleótido o SPNs, que determina la variación natural entre secuencias de ADN que puede indicar predisposición  a ciertas enfermedades genéticas, su aplicación más importante en la actualidad se fundamenta en la expresión génica. En términos sencillos podemos decir basados en el dogma central de la biología molecular, que un gen cumple su cometido a través del proceso de la transcripción de su ADN en ARN mensajero, lo que a su vez es traducido en proteína, que es la efectora final de la  función del gen. Sólo una fracción de los genes que contiene el ADN de una célula humana están siendo usados o “expresados” en una célula determinada en un momento dado. Por ejemplo genes específicos de los eritrocitos, como la hemoglobina, no son expresados en las células cerebrales.

En el sector textil, el Nylon 6 presenta propiedades nuevas de resistencia y elasticidad. En el sector de los hidrocarburos, se están sintetizando zeloitas, minerales ultra pequeños que se usan como catalizadores en la fabricación de la gasolina. En el terreno de la electrónica los nanotubos de carbono para la producción de pantallas extra planas.

Finalmente, en el área de la construcción es imprescindible que los materiales, y los sistemas constructivos derivados, cumplan con varias características: alta durabilidad y resistencia al deterioro, buen comportamiento mecánico y no contamina el entorno natural. En ese sentido, la producción de  pinturas y barnices con nanopartículas reciclables, aditivos para la optimización del rendimiento cemento hormigón en soportes estructurales, pegamentos rápidos y activados a distancia basados en nanopartículas de ferrita, vidrios orgánicos como alternativa al vidrio común y aceros nanoestructurados siete veces más resistente que el material convencional, permiten un giro de 360°  en los procesos constructivos, en los últimos años se evidencia un gran avance en el diseño y fabricación de alambres con diámetros manométricos, en particular basados en semiconductores como arseniuro de galio (GaAs) u otros elementos como aluminio, cobalto y zinc, sin embargo el descubrimiento de macromoléculas de átomos de carbono puro está revolucionando la tecnología en este campo de la ciencia.

Desde la Revolución industrial, la temperatura de la Tierra se ha incrementado en 1°C como consecuencia del uso irracional de los recursos naturales. Si la tendencia se mantiene, se pone en peligro la biodiversidad y la propia existencia del hombre, siendo la industria de la construcción uno de los principales factores que determina el desequilibrio ambiental, ya que el 5% del total de emisiones de CO2 de todo el planeta provienen de la industria del cemento. En ese contexto, un  grupo de expertos en  nanomateriales, liderados por el científico Michael Mayer  elaboraron un cemento ecológico a partir de los residuos sólidos de centrales térmicas, sustituyendo la piedra caliza como materia prima convencional. Si se generaliza el uso de este material, en procesos constructivos, podría contribuir de manera significativa a paliar los efectos nocivos para el medio ambiente derivados de su actividad.

La Nanotecnología es una ciencia joven que abre un abanico de posibilidades en la solución de problemas en las diversas áreas del saber,  es una búsqueda permanente de convergencia entre todas las disciplinas tradicionalmente dispares; una constante indagación para unificar las ideas de modo interdisciplinario. Además de originar un pensamiento convergente cuando los especialistas de las diversas áreas del conocimiento. Se reúnen, aprenden sus lenguajes respectivos y unifican criterios e ideas que resultan de colisionar los distintos puntos de vista. Por ello la cultura investigativa en las comunidades científicas, médicas, tecnológicas y de ingeniería está pasando por un segundo proceso de renacimiento.

Fuentes de Información:

Guimpel, J. y Pastoriza, H. (julio de 2014).  Arquitectura a escala nanoscópica. Revista Ciencia Hoy, 14(84), 29-34.

Flores, J. (julio de 2014). El cemento ecológico. Revista muy Interesante, (456), 16-17.

Castro, F. (2012). Nanotecnología, cultura y sociedad: ética y desarrollo sostenible. Brasil: Editorial de la Universidad de las Ciencias Informáticas.

Amalio, p. y Domingo, S. (2009). Nanociencia y nanotecnología: aspectos generales. Barcelona: Editorial de la Universidad Autónoma de Madrid.

Gonzales, A. (2009). Micro y nanotecnología en medicina: los chips o microrrays de and. España: Editorial de la Universidad Autónoma de Madrid.

Revista Si crees, Innov@s.

Vídeo científico: 10 Aplicaciones de la Nanotecnología. Fuente: Top10 Archivo

Vídeo científico super recomendado: Nanotecnología – Documental. Fuente: arocainfo.

Vídeo científico obligatorio de analizar: CIENCIA (Nanotecnología) Un Viaje Alucinante. Fuente: Canal Megalópolis

 

31 Comentarios

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  1. El 25% de la población mundial tendrá más de 50 años en 2050. Los retos para el futuro cercano empiezan con cambios en el sector nanotecnológico, agroalimentario, la detección de enfermedades con la inteligencia artificial, el desarrollo masivo de la biónica hasta el internet de las cosas para tener fábricas 4.0 más seguras y predictivas o smart cities.

  2. La nanotecnología (tecnología de los materiales y de las estructuras en la que el orden de magnitud se mide en nanómetros) es la rueda del S.XXI. Una empresa ha desarrollado nanoimpresiones que se podrán usar con cualquier dispositivo electrónico (móvil, ipad etc) para que no sea necesario llevar gafas o lentillas. Un software gradúa el problema de visión de cada usuario. Además, “la nanotecnología ofrecerá en 10 o 15 años soluciones como nanorobots: robots que circulan por el torrente sanguíneo hasta células tumorales sin afectar al resto del cuerpo”, afirma Manuel Fuertes, director de Kiatt. Pero todavía hay que dar muchos pasos antes de que sea posible. “Hoy por hoy el desarrollo de robots para ayudar en la lucha contra las enfermedades está en fase experimental”, asegura Julio Mayol, director médico del Hospital Clínico San Carlos de Madrid.

  3. Comparto este enlace con Innovas: La nanotecnología (tecnología de los materiales y de las estructuras en la que el orden de magnitud se mide en nanómetros) es la rueda del S.XXI. Una empresa ha desarrollado nanoimpresiones que se podrán usar con cualquier dispositivo electrónico (móvil, ipad etc) para que no sea necesario llevar gafas o lentillas. Un software gradúa el problema de visión de cada usuario. Además, “la nanotecnología ofrecerá en 10 o 15 años soluciones como nanorobots: robots que circulan por el torrente sanguíneo hasta células tumorales sin afectar al resto del cuerpo”, afirma Manuel Fuertes, director de Kiatt. Pero todavía hay que dar muchos pasos antes de que sea posible. “Hoy por hoy el desarrollo de robots para ayudar en la lucha contra las enfermedades está en fase experimental”, asegura Julio Mayol, director médico del Hospital Clínico San Carlos de Madrid.

  4. Naomi Halas y Jennifer West fundaron a comienzos del siglo XXI Nanospectra Biosciences, una empresa con sede en Houston para desarrollar su tecnología y llevarla a la clínica. Su director general, David Jorden, es optimista. Espera poder presentar en 2021 los resultados de 100 pacientes a la FDA, la agencia que regula los tratamientos médicos en EE UU. Esto es el uso de nanopartículas en la medicina se espera grandes logros a corto plazo.
    El ejecutivo reconoce que su terapia depende de “la obtención de imágenes de alta calidad” y que es pronto para hablar de curación de los pacientes de cáncer de próstata, un tumor de progresión muy lenta. Su investigación, ya con 45 voluntarios reclutados, sigue en marcha. El siguiente paso, afirma, será probar su estrategia en otros tipos de cáncer accesibles con luz láser, como podrían ser el tumor maligno de tiroides, el de retina y el melanoma.

  5. Una científica que le gana al cáncer que padecía su padre con utilización de nanopartículas. Casi dos décadas después, el equipo de científica Halas ha presentado los resultados preliminares de un nuevo tratamiento contra aquel cáncer de próstata que arruinó los últimos años de vida de su padre, ya fallecido. La estrategia es ingeniosa. Los investigadores han inyectado a 15 pacientes nanopartículas de oro, capaces de acumularse en los anormalmente porosos vasos sanguíneos del tumor. Al iluminar la zona con tubitos que emiten luz láser, las nanopartículas se calientan y destruyen las células tumorales sin afectar al resto de tejidos. 13 de los 15 pacientes estaban “sin indicios detectables de cáncer” un año después del tratamiento, según los científicos, que publican sus resultados en la revista especializada PNAS. Felicito al Dr. Quispe por esta campaña de difusión científica.

  6. Nunca me había puesto a pensar que desde la Revolución industrial, la temperatura de la Tierra se ha incrementado en 1°C como consecuencia del uso irracional de los recursos naturales. Si la tendencia se mantiene, se pone en peligro la biodiversidad y la propia existencia del hombre, siendo la industria de la construcción uno de los principales factores que determina el desequilibrio ambiental, ya que el 5% del total de emisiones de CO2 de todo el planeta provienen de la industria del cemento. Saber que la nanotecnología puede poner fin a la polución ambiental es muy importante para difundir entre los niños para que se inclinen ante esta ciencia.

  7. Las diversas propiedades biológicas, físicas y químicas que tienen los materiales en los sistemas nanométricos difieren en muchos aspectos con las propiedades de los materiales en los sistemas macroscópicos. La Nanotecnología como ciencia interdisciplinar busca entender y aprovechar estas nuevas propiedades para fabricar nuevos materiales, dispositivos e insumos en las diversas áreas de la ciencia, con el fin de superar las limitaciones del presente.

  8. Es digno de reconocer que este artículo me llevó a investigar que se ha logrado sintetizar materiales completamente nuevos, tales como los fullerenos o los nanotubos de carbono que son 10.000 veces más pequeños que un cabello humano, pero que como contrapartida disponen de una sorprendente resistencia unas 100 veces superior a la del acero. Gracias a esas novedosas propiedades, ya se fabrican, por ejemplo, bicicletas que pesan menos de un kilogramo. En el área de la electrónica se pueden diseñar transistores micro. Así, ya se ha fabricado una radio del tamaño de un grano de arena. Este es un nicho de mercado para cualquier emprendedor.

  9. Quiero compartir algo que leí al respect, que algunas aplicaciones son la elaboración de filtros con microporos con los que se puede eliminar el 100% de bacterias y virus del agua contaminada. En el sector alimentario se desarrollan nanobiosensores que detectan microorganismos patógenos en los alimentos, así como nanopartículas para modificar la textura y sabor de los alimentos, estabilizar sus nutrientes, etcétera. En el ámbito de la medicina, uno de los más prometedores, se han implementado innovadoras nanopartículas contra peligrosas infecciones o enfermedades neurodegenerativas. Se investiga en relación a la liberación controlada de fármacos que, viajando en nanocápsulas por el interior del cuerpo, llegan al foco infeccioso o a la región enferma para ser liberados.

  10. Importante conocer que la nanotecnología define las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, es decir, unas medidas muy pequeñas que permiten trabajar las estructuras moleculares y sus átomos. Se utiliza para crear materiales, aparatos y sistemas con propiedades únicas. En la práctica, son los mismos materiales ya conocidos (metales, cerámicas y vidrios, poliméricos…), pero que el avance en los métodos permite procesarlos en una escala muy pequeña, a una escala nano, 10-9, y de ahí su nombre, nanotecnología, nanomateriales, nanopartículas.

  11. En 1959 Richard Feynmann habló por primera vez de nanotecnología, en una conferencia titulada Hay mucho espacio al fondo (There is plenty of room at the bottom). ‘¿Cuáles serían las propiedades de los materiales si pudiéramos colocar los átomos como quisiéramos? Tendríamos acceso a un amplio rango de propiedades que los materiales pueden presentar y podríamos hacer una gran cantidad de cosas’. Feynmann obtuvo el Premio Nobel de Física de 1965. A partir de esa época nace una ciencia revolucionaria, QWue bueno que lo difundadn entre los muchachos emprendedores.

  12. Como emprendedor me gusto que en el sector textil, el Nylon 6 presenta propiedades nuevas de resistencia y elasticidad. En el sector de los hidrocarburos, se están sintetizando zeloitas, minerales ultra pequeños que se usan como catalizadores en la fabricación de la gasolina. En el terreno de la electrónica los nanotubos de carbono para la producción de pantallas extra planas. Son nichos de marcado para trabajarlos en el Perú.

  13. La nanotecnología va a generar una revolución tan poderosa que curará el cáncer, limpiará la polución y aliviará el hambre del planeta. Esta técnica utiliza máquinas moleculares, que es lo que hemos estado haciendo desde hace décadas. ME ENCANTO ESTE ARTÍCULO.

  14. Los avances de la Nanociencia y la Nanotecnología implican cambios significativos en la sociedad, ya que en el campo de la medicina permite retardar el envejecimiento, eliminar las cirugías, la destrucción de tumores cancerígenos, el tratamiento de los efectos secundarios de la quimioterapia, como también la terapia del Parkinson mediante fármacos nanoscópicos que permiten atravesar la barrera hematoencéfalica y regenerar las neuronas en el lóbulo frontal del cerebro. Vale

  15. Felicito al Dr. Edwin Quispe Alcarraz. Catedrático de la Universidad del Pacífico, UPC y UNFV, investigador y cofundador de Innov@s que nos brinda un excelente artículo científico sobre Nanotecnología: Un mundo ultramicroscópico al servicio de la humanidad, un gran aporte a la comunidad universitaria de emprendedores peruanos.

  16. Excelente artículo que nos brida el Dr. Quispe sobre la Nanotecnología que es una ciencia joven que abre un abanico de posibilidades en la solución de problemas en las diversas áreas del saber, es una búsqueda permanente de convergencia entre todas las disciplinas tradicionalmente dispares; una constante indagación para unificar las ideas de modo interdisciplinario.
    Un excelente artículo. Felicitaciones.