nanotecnología y nanomedicina. tecnologías emergentes para mejorar la calidad de vida

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. 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.

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Fsico- matemtico, Docente investigador en la UDEC-Colombia.

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NANOTECNOLOGA Y NANOMEDICINA

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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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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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.

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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

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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-



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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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.



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



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



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 -

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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

BIBLIOGRAFA

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