Nanotecnologia.

Es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. Viene del griego νάνος que significa enano, y corresponde a un factor 10^-9, que aplicado a las unidades de longitud, corresponde a una mil millonésima parte de un metro (10^-9 Metros). 

El término “Nanotecnología” fue aplicado por primera vez por Drexler en el año 1986, en su libro “Motores de la creación: la próxima era de la Nanotecnología” en la que describe una máquina nanotecnológica con capacidad de autoreplicarse, en este contexto propuso el término de “plaga gris” para referirse a lo que sucedería si un nanobot autoreplicante fuera liberado al ambiente.

La “plaga gris” se refiere a un hipotético fin del mundo que involucraría la nanotecnología molecular. Según esta hipótesis, un conjunto de robots se autorreplicarían sin control consumiendo toda la materia viva en la Tierra, materia que emplearían para crear y mantener más robots.

Además de Drexler, el científico Japonés Norio Taniguchi, utilizó por primera vez el término nano-tecnología en el año 1974, en la que define a la nano-tecnología como el procesamiento, separación y manipulación de materiales átomo por átomo.

Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

A continuación un completo vídeo sobre nanotecnología, en la que definen sus conceptos y sus diversas áreas de aplicación.
http://vimeo.com/12207533

La nanotecnologia y el medio ambiente

En la actualidad podemos encontrar en el mercado aplicaciones de nanotecnologías para el medio ambiente, como procesos de recuperación, tratamiento de aguas, envasado ecológico y absorbedores de petróleo.

Dispositivos para el tratamiento de agua.

La purificación de agua mediante nanotecnologías se consigue aprovechando nanomateriales como los nanotubos de carbono y las fibras de alúmina para la nanofiltración. La principal ventaja de utilizar nanofiltros en lugar de sistemas convencionales, es que se necesita menos presión para hacer pasar el agua a través del filtro: aunque los poros son más pequeños, el interior de los nanotubos es más suave y el agua puede fluir con mayor facilidad. Además, son más eficientes, presentan unas áreas increíblemente grandes y se pueden limpiar más fácilmente. Los nanofiltros pueden eliminar sedimentos, residuos químicos, partículas cargadas, bacterias y otros patógenos, como los virus. También pueden eliminar trazas de sustancias tóxicas, como arsénico, e impurezas en forma de líquidos viscosos, como aceite.

Absorbentes de petróleo.

Las fugas de aceite en zonas marinas son muy preocupantes y acarrean graves consecuencias para el medio ambiente. Se está investigando un nuevo enfoque mediante el uso de aerogeles (un nanomaterial), modificados con moléculas que repelen el agua, para mejorar la interacción con el petóleo. Estos aerogeles presentan una superficie muy amplia de manera que pueden absorber dieciséis veces su peso. Actúan como una esponja: cuando el combustible fósil se ha absorbido, la “esponja empapada de petróleo” se puede eliminar fácilmente.

Plásticos biodegradables.

El uso generalizado de envases de plástico tiene un impacto ecológico negativo. Es necesario disponer de materiales de envasado ecológicos. Las soluciones actuales utilizan algunos polímeros naturales llamados biopolímeros; sin embargo, muchos de ellos presentan numerosas limitaciones, por ejemplo, propiedades barrera a humedad bajas y propiedades mecánicas débiles. Una posible solución consistiría en incluir nanopartículas en el biopolímero para crear un “bionanocompuesto”, con mejores propiedades mecánicas y barrera, y además completamente degradable.

Riesgos potenciales

Existen algunas dudas con respecto al uso de nanomateriales en el tratamiento de aguas y suelos: cuando se hayan dispersado en un lugar contaminado, ¿serán las nanopartículas lo suficientemente móviles como para ser absorbidas por planta o animales y provocar efectos nocivos en ellos? Las nanopartículas biodegradables (como las utilizadas en plásticos biodegradables) probablemente sean menos problemáticas; a pesar de ello, es necesario investigar estos aspectos de seguridad y este es el objetivo de numerosos programas internacionales de investigación. Estas preocupaciones pertenecen al campo más general de evaluaciones del impacto medioambiental del uso de nanopartículas, en el que se incluyen tanto las evaluaciones de riesgo como el análisis del ciclo de vida, a fin de comprender los efectos a corto y largo plazo.

La nanotecnologia y la energia

Las aplicaciones de la Nanotecnología en sector energético, tiene relación con la mejora de los sistemas de producción y almacenamiento de energía, en especial aquellas energías limpias y renovables como la energía solar, o basadas en el Hidrógeno, además de tecnologías que ayuden a reducir el consumo energético a través del desarrollo de nuevos aislantes térmicos más eficientes basados en nanomateriales. El aumento de la eficiencia de los paneles solares y placas solares gracias a nanomateriales especializados en la captura y almacenamiento de energía solar

Objetivos de la nanotecnologia en el campo de la energía

• Métodos de gran escala para disociar el agua directamente con la luz del sol para producir hidrógeno
• Transformacion fotovoltaica de luz solar con eficiencia del 20% y coste 100 veces menor.
• Materiales reversibles de almacenamiento de hidrógeno que operen a temperatura ambiente.
• Pilas de combustible, baterías, supercondensadores, de bajo coste, construidos con materiales nanoestructurados.
• Lineas de tranmision de potencia capaces de transmitir un gigawatio.
• Iluminación del estado solido al 50% del consumo de potencia actual.
• Materiales ultraresistentes y ultraligeros para mejorar la eficiencia de coces, aviones, etc.
• Catalíticos altamente selectivos para manufactura limpia y eficiente energeticamente.
• Síntesis de materiales y recolección de energía basada en los mecanismos eficientes y selectivos de la biología.

Nanomedicina

Las aplicaciones de la Nanotecnología en Medicina se denomina Nanomedicina, y dentro de ella tenemos el desarrollo de nanotransportadores de fármacos a lugares específicos del cuerpo, que pueden ser útiles en el tratamiento del Cáncer u otras enfermedades, biosensores moleculares con la capacidad de detectar alguna sustancia de interés como glucosa o algún biomarcador de alguna enfermedad, nanobots programados para reconocer y destruir células tumorales o bien reparar algún tejido como el tejido óseo a raíz de un fractura, nanopartículas con propiedades antisépticas y desinfectantes, etc..

Esta agrupa tres áreas principales:

Nanodiagnostico.

El objetivo del nanodiagnóstico es la identificación de enfermedades en sus estadios iniciales en el nivel celular o molecular e, idealmente, al nivel de una sola célula, mediante la utilización de nanodispositivos y sistemas de contraste. Una identificación temprana permitiría una rápida capacidad de respuesta y la inmediata aplicación del tratamiento adecuado, ofreciendo así mayores posibilidades de curación.

Los nanosistemas de diagnóstico se pueden utilizar in vitro o in vivo. El diagnóstico in vivo normalmente requiere que los dispositivos puedan penetrar en el cuerpo humano para identificar y (idealmente) cuantificar la presencia de un determinado patógeno o de células cancerígenas, por ejemplo. Esto conlleva una serie de problemas asociados con la biocompatibilidad del material del dispositivo, pero además requiere de un sofisticado diseño para asegurar su eficacia y minimizar los posibles efectos secundarios. Por su parte, el diagnóstico in vitro ofrece una mayor flexibilidad de diseño, ya que se puede aplicar a muestras muy reducidas de fluidos corporales o de tejidos, a partir de los cuales se puede llevar a cabo una detección específica (de patógenos o defectos genéticos, p. ej.) en tiempos muy cortos, con gran precisión y sensibilidad. Debido a estas diferencias fundamentales, se prevé que la detección in vitro usando nanodispositivos llegue al mercado de una forma mucho más rápida y se pueda consolidar más fácilmente que los métodos in vivo.

Nanoterapia.

La nanoterapia es una disciplina de la ciencia que se dedica a la elaboración de estructuras de tamaños increíblemente pequeños con el objetivo de proporcionar ayudas en el ámbito de la Medicina.
Recientemente en un congreso de Oncología se han presentado los últimos avances en Medicina. Entre dichos avances se trató activamente el aspecto de la nanotecnología.
Según importantes médicos, las nanopartículas serían una especie de “taxis” de un tamaño 1 millón de veces más pequeño que el de uno de verdad. Según estos “sabios” se trataría de unas “ambulancias de juguete” que reconocerían las células cancerosas o malignas, gracias a los antígenos que presentan éstas en su superficie. Las nanopartículas liberarían fármacos directamente en el interior de la célula cancerosa.
El agente terapéutico puede ser liberado por meses, días o años según se guste; también cuando el médico desee esta podría ser eliminada debido a la composición biodegradable de dichas “ambulancias de juguete”.

Nanomedicina regenerativa.

La nanomedicina regenerativa tiene como objetivo recuperar o reemplazar los órganos o tejidos que tienen algún tipo de daño, mediante la terapia celular, para estimular los mecanismos auto reparadores del cuerpo humano.
Para este proceso se diseñan estructuras adecuadas para ayudar en el crecimiento de tejidos en las zonas dañadas al dirigir la proliferación y diferenciación celular, así como la producción y organización de la matriz extracelular. Pero la fabricación de estas estructuras es difícil ya que es necesario encontrar estructuras que mantengan estable el órgano o tejido dañado mientras se reconstruye la zona dañada.
Entre los materiales que generalmente se utilizan destacan los nanotubos de carbono, las nanofibras de polímeros biodegradables, también utilizan superficies estructuradas en la escala nanométrica, que pueden ser incubadoras de líneas celulares que ayudan en el proceso de diferenciación celular, algunos ejemplos destacables incluyen polímeros a la nanoescala moldeados en válvulas de corazón de polímeros para la regeneración ósea.

La nanotecnologia en la industria alimentaria

La Nanotecnología en la Industria alimentaria está teniendo un gran avance en los últimos años, a pesar de estar aún en fase de despegue. Sus principales aplicaciones destacan en áreas como:

• El envasado (envases activos y envases inteligentes) 
• El desarrollo de nuevos productos (nanoalimentos funcionales, microcápsulas)
• La mejora de los procesos de los alimentos (gelatinización, espumas y emulsiones)

Envases alimentarios.

La nanotecnología ofrece múltiples oportunidades de mejora a diferentes sectores agroalimentarios, sobre todo a los que emplean materiales plásticos en sus envases alimentarios. 

Entre las aplicaciones que se dan en el envasado en la actualidad destacan las siguientes: 

• Los nanorecubrimientos para aumentar las propiedades de alimentos frescos, con el fin de retrasar su maduración y alargar su vida útil. En la actualidad algunos nanocompuestos son ya usados como material de envasado o recubrimiento para controlar la difusión de gases y prolongar el tiempo de conservación de diversos productos. Un sensor detecta el gas que se produce cuando el alimento deja de estar fresco. Un simple cambio de color proporciona una pista visual rápida de la caducidad. 
• Además, cada vez se utilizan más productos basados en la nanotecnología para elaborar materiales de contacto con los alimentos dotados de propiedades antimicrobianas. Las actuales investigaciones sobre ese tipo de superficies tienen por objeto conseguir sensores capaces de detectar la contaminación bacteriana y reaccionar contra ella.
• Nanomateriales cuyas propiedades cambiarán en función de las condiciones externas o internas, como la temperatura. Éstos llevan a cabo un seguimiento de las temperaturas que se han mantenido a lo largo de la cadena y las valida. Un cambio de color indica que no se cumplen las especificaciones de temperatura.

Desarrollo de nuevos productos.

En la actualidad, muchas empresas agroalimentarias están invirtiendo en estudios sobre nanotecnología, para lograr alimentos más seguros, saludables, nutritivos y de más sabor. Su principal uso en la alimentación es la adición de compuestos saludables en los alimentos.

• Los nanoalimentos funcionales son alimentos reconstituidos a nivel molecular. Esta reconstrucción tiene por objeto obtener nanoingredientes para mejorar las propiedades de los alimentos y convertirlos en funcionales para tratar diferentes enfermedades. Por ejemplo, a partir de la utilización de la nanotecnología, es posible reducir el regular contenido graso de los productos que oscila entre un 25 a 35%, a concentraciones menores a 1%.
• La microencapsulación de compuestos activos funcionales en complementos alimenticios. Es el proceso de recubrimiento de un compuesto de interés o sustancia activa, mediante uno o varios materiales, obteniendo sistemas particulados que pueden liberar gradualmente su contenido, con el fin de incrementar la vida útil de los productos, proteger los principios activos, mejorar las características sensoriales de los alimentos (color, sabor, textura, olor), o enriquecer los alimentos.
• El uso de nanopartículas en los alimentos que permitan una mejor absorción de sus nutrientes, como por ejemplo liberar antioxidantes dirigidos a zonas específicas del cuerpo.

Procesado de alimentos

Las propiedades funcionales de muchas materias primas y el eficaz procesamiento de los alimentos se deben a nanoestructuras como celulosa o almidón, que determinan procesos como la gelatinización y afectan al valor nutricional de los alimentos. También las nanoestructuras que surgen en las interfases de aceite-agua o aire-agua determinan la estabilidad de las espumas y emulsiones alimentarias.  

Nanotecnologia en la construcción

Desarrollo de Materiales (Nanomateriales) mas fuertes y ligeros, con mayor resistencia, vidrios que repelen el polvo, humedad, pinturas con propiedades especiales, materiales autorreparables, etc..
Cuando se habla de la Nanotecnología solemos pensar en nano-chips o en aparatos ultra-pequeños que están siendo desarrollados por científicos para la medicina, la lucha contra el cáncer, la bioquímica, la física, etc.
Sin embargo, el sector de la construcción empieza a entrar en el mundo de los avances tecnológicos, y se está empezando a investigar formas en las que la nanotecnología puede aportar mejoras a la construcción de carreteras, puentes y edificios.
Los nuevos materiales cementíceos (hormigones, morteros…) tendrán una mayor resistencia a la fisuración, una mayor resistencia a compresión y a tracción y una mayor durabilidad; podrán ser también más impermeables, serán, también, más resistentes, ligeros y durables. Se fabricarán materiales con un mayor poder aislante y materiales más resistentes al fuego, serán más ecológicos y eficientes, fabricados con un menor consumo de energía y una menor emisión de gases como el CO2. Tendrán también la capacidad de eliminar elementos contaminantes existentes en la atmósfera, como el monóxido de carbono y los óxidos de nitrógeno, entre otros, serán “inteligentes” con la capacidad de medir su estado de fisuración, su estado tensional y la deformación producida a lo largo de su vida útil, abaratarán notablemente los costes de construcción y de explotación de las infraestructuras, estructuras y superestructuras. Su utilización incrementará también el nivel de seguridad de las construcciones, mejorando también su estética y confort, con un ahorro de energía muy notable, que contribuirá a alcanzar un desarrollo sostenido de la actividad humana.
Para mas información como propiedades de los nano-materiales:
http://nuevastecnologiasymateriales.com/aplicaciones-de-la-nanotecnologia-a-la-industria-de-la-construccion/