Hasta los Superhéroes usan nanotecnología

Daniel Domínguez Gómez - Zentli Rodríguez GonzálezIngeniería Biotecnológica

Unidad Profesional Interdisciplinaria de BiotecnologíaInstituto Politécnico Nacional

Conc

epto

Nan

otec

nolo

gía

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

ncep

to

Nan

otec

nolo

gía

Conc

epto

Nan

otec

nolo

gía

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).

Conc

epto

Nan

otec

nolo

gía

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.

Nan

otec

nolo

gía

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.

Nan

otec

nolo

gía

Nan

otec

nolo

gía

¿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

Nan

oapl

icac

ione

s

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

Nan

oapl

icac

ione

s

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.

Nan

oapl

icac

ione

s

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.

Nan

oapl

icac

ione

s

•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.

Nan

oapl

icac

ione

s

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

Nan

oapl

icac

ione

s

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

oapl

icac

ione

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

Nan

oapl

icac

ione

s

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.

Nan

o ap

licac

ione

s

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.

Nan

o ap

licac

ione

s

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

Nan

o ap

licac

ione

s

Nan

o ap

licac

ione

s

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.

Nan

o ap

licac

ione

s

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

Nan

o ap

licac

ione

s

Nan

o ap

licac

ione

s

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

Nan

o ap

licac

ione

s

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

omer

cado

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

omer

cado

• 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.

Nan

omer

cado

Nan

oMéx

ico

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