Nanomateriales II. Materiales y materias primas.

¿Qué es la nanotecnología y su impacto?

Introducción a la nanotecnología

• En 1981, el desarrollo del microscopio de efecto túnel permitió observar y manipular la materia a escala atómica, dando inicio a una revolución en la ciencia.

• La nanotecnología promete tener efectos sociales, económicos, políticos y éticos profundos en nuestras vidas.

Comparaciones históricas

• Algunos especialistas consideran que la difusión de la nanotecnología podría marcar el inicio de una nueva revolución industrial, similar a la irrupción de la electrónica en el siglo XX.

• Las posibilidades que ofrece la nanotecnología son tan amplias que cualquier comparación resulta limitada.

Definición y escalas

• La nanotecnología se define como la ciencia de lo pequeño; un nanómetro es una millonésima parte del milímetro.

• A esta escala atómica o molecular, los materiales presentan propiedades diferentes a las observadas en escalas macroscópicas.

Estrategias en nanotecnología

• Existen dos enfoques principales: "top down" (de arriba hacia abajo), que reduce el tamaño de objetos grandes, y "bottom up" (de abajo hacia arriba), que construye desde átomos o moléculas individuales.

• Se prevé que ambas estrategias se combinen para crear tecnologías más avanzadas.

Aplicaciones prácticas

• La película "Viaje fantástico" ilustra conceptos similares a los actuales avances en nanomedicina, donde se envían agentes miniaturizados al organismo para reparar daños.

• Un ejemplo actual es el uso de nanopartículas para mejorar el contraste en tomografías por resonancia magnética.

Innovaciones futuras

• Se imagina un futuro donde robots nanométricos podrían ser utilizados para dirigir tratamientos médicos específicos dentro del cuerpo humano.

Aplicaciones de la Nanotecnología en Medicina y Detección

Uso de Nanoestructuras para Medicamentos

• Se utilizan nanoestructuras para enviar medicamentos, aprovechando su capacidad de penetración inusitada.

• Las nano vesículas se ajustan para controlar la profundidad y cantidad de entrega de moléculas fotos activables a parásitos que anidan en células difíciles de alcanzar.

Detección y Monitoreo con Nanomateriales

• Los nanomateriales permiten detectar gases peligrosos en cantidades mínimas, controlar el estado de alimentos mediante olores imperceptibles y medir la calidad del aire en lugares concurridos.

• Se desarrollan sensores de gases y narices electrónicas que clasifican aromas, imitando la función del olfato humano.

Avances en Sistemas Electrónicos

• La nariz electrónica puede identificar alimentos en mal estado al cambiar de color, proporcionando un análisis visual inmediato.

• Desde 2001, tras los atentados del 11-S, ha aumentado la investigación sobre sistemas de detección para explosivos, drogas y armas químicas utilizando nanotecnología.

Instrumentación en Nanotecnología

• La invención del microscopio de efecto túnel fue crucial para el desarrollo inicial de la nanotecnología.

• El microscopio electrónico permite observar estructuras a nivel nanométrico; por ejemplo, los nanotubos de carbono fueron descubiertos gracias a esta tecnología.

Funcionamiento del Microscopio Electrónico

• El microscopio electrónico utiliza electrones acelerados por un potencial electrostático para crear imágenes detalladas al atravesar muestras.

• Este tipo de microscopio puede magnificar hasta un millón de veces con una resolución impresionante.

Microscopía de Fuerza Atómica

• El microscopio de fuerza atómica utiliza una punta aguda que se desplaza sobre superficies para obtener información topográfica con alta resolución espacial (menos de 50 nanómetros).

• La tecnología piezoeléctrica permite acercar la punta a las muestras mientras se obtienen mapas detallados durante el escaneo.

Propiedades Únicas a Escala Nanométrica

• La nanotecnología permite crear nuevos materiales y dispositivos controlando la materia a escala nanométrica.

La Historia y Aplicaciones de las Nanopartículas

Orígenes Históricos de las Nanopartículas

• En los primeros siglos de la era cristiana, los romanos utilizaban vidrio rojo coloreado con nanopartículas.

• Durante la Edad Media, se aplicaban nanopartículas de oro y plata en vitrales de iglesias.

• Los alquimistas vendían nanopartículas como elixires para la vida eterna.

Avances en el Uso del Nano Oro

• En el siglo XVII, se usaba nano oro para decorar vajillas.

• Michael Faraday sugirió que las propiedades ópticas del nano oro estaban relacionadas con el tamaño de las partículas.

Aplicaciones Modernas de Nanopartículas

• Las nanopartículas se utilizan hoy en día para descontaminar ríos y lagos.

• Se están desarrollando recubrimientos autolimpiantes y pinturas que repelen aerosoles.

Micro Máquinas: Innovación a Escala Micrométrica

Definición y Producción de Micro Máquinas

• Las micro máquinas son estructuras mecánicas micrométricas fabricadas con técnicas similares a circuitos integrados.

• Se utilizan técnicas como crecimiento de películas delgadas y litografía para crear estas estructuras.

Aplicaciones Prácticas

• Ejemplos incluyen acelerómetros que activan airbags en autos modernos y espejos en proyectores.

Impacto de la Nanotecnología en Espacio

Integración Tecnológica en Misiones Espaciales

• Hay un creciente interés por integrar nanotecnologías en aplicaciones espaciales.

• Los sistemas MEMS (Microelectromechanical Systems) pueden censar o actuar sobre el medio ambiente.

Innovaciones Necesarias para Exploración Espacial

• Se requiere innovación tecnológica para descubrimientos espaciales; por ejemplo, antenas fijas capaces de mover radiación sin perder señal significativa.

Evolución hacia la Nanoelectrónica

Miniaturización y Circuitos Integrados

• La miniaturización ha permitido incorporar más transistores en circuitos integrados desde 1958.

Futuro: Electrónica Molecular

• La reducción del tamaño está llegando a su límite; se busca construir componentes átomo a átomo.

Ventajas y Desafíos de la Nanotecnología

Control Preciso en Circuitos

• La nanotecnología requiere un control extremadamente preciso de los circuitos, ya que cualquier error puede resultar en fallas. Esto implica el uso de estrategias especiales debido a las pequeñas dimensiones involucradas.

Manipulación de Luz y Sonido

• En laboratorios se están desarrollando cables y transistores moleculares, lo que abre nuevas posibilidades para manipular luz y sonido a nivel nanométrico.

• Un grupo de físicos investiga cómo estas manipulaciones pueden tener aplicaciones prácticas en la vida cotidiana.

Aplicaciones en Auto Electrónica

• La manipulación rápida de luz y electricidad es crucial para la auto electrónica, especialmente en la transmisión de información a través de fibra óptica.

• Se utiliza un laboratorio especializado en óptica ultrarrápida para transformar señales electrónicas en luz, permitiendo una comunicación eficiente.

Uso de Láseres Pulsados

• Se emplean láseres pulsados que generan impulsos extremadamente rápidos, capaces de modificar materiales a nivel atómico.

• Estos pulsos permiten detectar vibraciones en materiales tras ser impactados por el láser, facilitando el estudio del comportamiento material.

Desarrollo de Nuevos Materiales

• Es necesario crear materiales específicos mediante nanotecnología, ya que muchos no existen naturalmente.

• Se busca desarrollar láseres que emitan sonido a alta frecuencia como parte del avance tecnológico.

Interdisciplinariedad en la Ciencia

Combinación de Disciplinas Científicas

• El desarrollo tecnológico enfrenta desafíos globales que requieren colaboración entre biología, física, química y medicina.

Biosensores Avanzados

• Se están fabricando nuevos biosensores utilizando nanotecnología; estos microchips son capaces de detectar múltiples enfermedades con muestras muy pequeñas.

Prevención Médica Innovadora

• Los dispositivos permitirán realizar estudios preventivos desde casa, mejorando la atención médica al proporcionar datos antes de visitar al médico.

Sensibilidad Mejorada con Nanotubos

• Los nanotubos de carbono son clave por su alta sensibilidad a cambios ambientales, lo cual es esencial para detectar moléculas biológicas rápidamente.

Tratamiento del Cáncer con Microchips Implantables

¿Cómo impactará la nanotecnología en el futuro?

Implicaciones de la nanotecnología

• La falta de adherencia a la medicación puede ser un problema significativo en el contexto de la salud y la nanotecnología.

• La nanotecnología se expandirá rápidamente, generando una nueva configuración en las condiciones de producción y competitividad internacional, afectando recursos naturales y empleo.

• Se plantean dilemas éticos y problemas de regulación, especialmente en países en desarrollo. Es crucial analizar los efectos de esta difusión tecnológica.

• Existe preocupación sobre si la nanotecnología profundizará las desigualdades entre naciones que invierten en investigación y aquellas que no lo hacen.

• Las innovaciones provenientes de nanociencia podrían ampliar la brecha entre países desarrollados y subdesarrollados, según teorías económicas sobre desarrollo humano.

Estado actual de Argentina en nanotecnología

• Argentina está bien posicionada para participar en esta revolución pacífica gracias a su calidad investigativa; los grupos locales están realizando trabajos reconocidos internacionalmente.

• Desde 2003, ha habido un aumento significativo en inversión estatal para renovar equipamiento e impulsar formación de recursos humanos en el campo.

• El impacto positivo del trabajo realizado por investigadores argentinos se espera que se vea reflejado a largo plazo en el desarrollo local.

• Existen excelentes profesionales trabajando en nanociencia; sin embargo, es fundamental priorizar la formación de jóvenes para aprovechar las oportunidades futuras.