la nanotecnologia

SENA C.T.M.A
Tic’s
Gestión de Redes de Datos
LA NANOTECNOLOGIA
Preparado por
Glen Kennedy Osorio Vanegas
Juan Camilo Ortiz
Medellín, Colombia
2011
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INDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 3
DEFINICIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA.................................................................. 4
INICIOS ...................................................................................................................... 4
Desarrollo de la nanotecnología ........................................................................... 4
APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA. ...................................................................... 6
PRODUCTOS DISPONIBLES HOY .................................................................................... 7
EMPRESAS ESPECIALIZADAS EN NANOTECNOLOGÍA ........................................ 7
ASPECTOS DESTACADOS DE LA INVERSIÓN EN NANOTECNOLOGÍA............... 8
APLICACIONES DE LOS NANOROBOTS ........................................................................ 10
APLICACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN COLOMBIA ..................................... 13
NANOTECNOLOGÍA EN EL FUTURO ..................................................................... 14
REFERENCIAS ELECTRONICAS ............................................................................ 16
CONCLUSIONES...................................................................................................... 16
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INTRODUCCIÓN
La nanotecnología es el desarrollo y la aplicación práctica de estructuras y
sistemas en una escala nanométrica, es decir, elementos de un tamaño equivalente
a la mil millonésima parte de un metro.
Nano es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto; de manera que la
nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y
cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja. El
significado de la "Nano" es una dimensión 10 elevado a -9, esto es 1 nanómetro =
0,000000001 metros, dicho de otra manera un nanómetro es la mil millonésima parte
de un metro, o millonésima parte de un milímetro. También se puede decir que 1
milímetro = 1.000.000 nanómetros. De manera comparativa un átomo es más
pequeño que un nanómetro, pero una molécula puede ser mayor que este.
La Nanotecnología busca presentar al mundo soluciones y avances significativos
partiendo de micro moléculas de medidas extremadamente pequeñas, que puedan
ser aplicadas en los campos de la medicina, la construcción, la tecnología, el
deporte, la industria textil, y en general todos aquellos capaces de utilizar esta
tecnología en beneficio de la sociedad.
El potencial de la nanotecnología en la industria es señalado desde hace algunos
años por las voces más autorizadas de todo el mundo: las universidades, gobiernos,
entre otras. La nano-ciencia tiene el potencial de cambiar nuestras economías con
sus potencialidades y sus riesgos. Se proclama para el mundo empresarial una
segunda revolución industrial y una dimensión que superaría en los mercados el
reciente boom de lo que se viene denominando la "nueva economía", asociada a las
Tics en la Internet
4
DEFINICIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA
La palabra "nanotecnología" comprende los desarrollos científicos a escala
molécula o nano escala, lo que dicho de otra manera son medidas absolutamente
pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y
sus átomos. Estas estructuras “nanos” permiten la posibilidad de fabricar materiales y
máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.
La
nanotecnología permite la creación de materiales útiles, funcionales,
dispositivos y sistemas mediante el control de la materia en la escala del nanómetro,
mediante el aprovechamiento de nuevos fenómenos y
propiedades (físicas,
químicas y biológicas) a esa escala de longitudes.
La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicadas al control y
manipulación de la materia a una escala menor, es decir, a nivel de átomos y
moléculas (nano-materiales). Para hacerse una idea de lo pequeño que puede ser un
nanobot, más o menos un nanobot de 50 nanómetros tiene el tamaño de 5 capas de
moléculas o átomos (depende de qué esté hecho el nanobot).
Inicios
Desarrollo de la nanotecnología
1.
El ganador del premio Nobel de Física (1965), Richard Feynman fue el
primero en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la
nanotecnología en el célebre discurso que dio en el Caltech (Instituto
Tecnológico de California).
2.
En 1981, Gerd Binning y Heinrich Roherer en la IBM (International
Business Machine), desarrollaron el microscopio electrónico de efecto túnel de
barrido (STM), que hizo posible ver átomos individuales y más tarde,
moverlos.
5
3.
En 1985 descubrieron el carbono 60, una molécula de carbono de forma
de pelota de football de 0.7 nano-metros, que hoy en día tiene muchos
potenciales usos en nanotecnología.
4.
En 1990 en IBM, usaron el microscopio de túnel de barrido (STM) para
escribir el nombre de la compañía IBM en sus chips, usando 35 átomos de
Zenón.
5.
Después en 1993, Nano-partículas semiconductoras emiten luz en
paquetes cuánticos, que se pueden unir a moléculas en el cuerpo para ayudar
a los médicos a ubicar enfermedades. Ellas fueron preparadas por químicos
del Massachusetts Institute of Technology.
6.
Luego en 1997, los ingenieros de CompanyLucent Technologies en New
Jersey, construyen un transistor de silicón de 60 nano-metros de ancho.
7.
2000: Investigadores de la Universidad de Cornell, extraen de una célula
un motor bio-molecular de 80 nano-metros de ancho y le agregan un rotor de
metal para crear un motor nano-mecánico.
8.
2001: Investigadores de la IBM en Nueva York y de la Universidad de Delft
en Holanda construyen un circuito lógico usando nano-tubos de carbón.
6
Aplicaciones de la nanotecnología.
Nos hemos centrado aquí en unos pocos productos en los que la nanotecnología
es ya una realidad. Sin embargo, las aplicaciones a medio y largo plazo son infinitas.
Los campos que están experimentando continuos avances son:
1. Energías alternativas, energía del hidrógeno, pilas (células) de combustible,
dispositivos de ahorro energético.
2. Administración de medicamentos, especialmente para combatir el cáncer y
otras enfermedades.
3. Computación cuántica, semiconductores, nuevos chips.
4. Seguridad. Microsensores de altas prestaciones. Industria militar.
5. Aplicaciones
industriales
muy
diversas:
automóviles,
cosméticos,
pinturas,
tejidos,
construcción,
deportes,
materiales,
envasados alimentos,
pantallas planas...
6. Contaminación medioambiental.
7. Prestaciones aeroespaciales: nuevos materiales, entre otros.
8. Fabricación molecular.
Los nanomateriales, que se puede comprar en forma seca en polvo o en
dispersiones líquidas, se combinan a menudo con otros materiales para mejorar
funcionalidad de determinados productos incrementado la escala de aplicaciones.
7
Productos disponibles hoy
Los productos adicionales, hoy disponible, que benefician de las características
únicas de los nanomateriales, incluyen:
1. Pinturas y capas a proteger contra la corrosión, rasguños y la radiación.
2. Protective and glare-reducing coatings for eyeglasses and cars.
3. Herramientas para corte de metal.
4. Sunscreens y cosméticos.
5. Pelotas de tenis más duraderas.
6. Raquetas más fuertes y ligeras para jugar al tenis.
7. Ropa y colchones anti- manchas.
8. Vendas para quemaduras y heridas.
9. Tinta.
10. Convertidores catalíticos del automóvil.
11. Complementos de camionetas.
EMPRESAS ESPECIALIZADAS EN NANOTECNOLOGÍA
1. AdvanceNanotech Inversión y acuerdos comerciales con empresas de
nanotecnología
que
fabrican
materiales,
electrónica
y
productos
biofarmaceuticos.
2. Altair Nanopartículas, nanocristalinos
3. Atomate
Reactores CVD para síntesis de nanotubos y nanocables.
4. Cambridge DisplayTechnology, CDT
polímeros emisores de luz)
Tecnologías
PLED
(diodos
de
8
5. CarbonNanotechnologies Inc.
Nanotubos de carbón, Buckytubos.
6. First Nano
Sintésisis de nanotubos y nanocables.
7. Lucent
Nanotecnología y telecomunicaciones
8. Luxtera
Productos fotónicos
9. Nanomix
Sensores
10. Nanosys
Productos basados en una plataforma tecnológica que incorpora
nanoestructuras orgánicas
11. Quantum Dot (qdot)
Qdotnanocristales, conjugates
12. Veeco Instruments Instrumentos para medir a nano escala
13. Zyvex Manipulador Zybot, Sistema de montaje Rotapod y MNT
ASPECTOS DESTACADOS DE LA INVERSIÓN EN NANOTECNOLOGÍA
Con la ligera recesión que ha experimentado la financiación en nanotecnología
del gobierno estadounidense en el 2011, las estimaciones de Paridad de Poder
Adquisitivo (PPA) indican que, por primera vez, China invertirá más que los EE.UU.
en financiar la nanotecnología.
En los últimos 11 años, los gobiernos de todo el mundo han invertido más de
67.500 millones de dólares en la financiación de la nanotecnología. Cuando se tienen
9
en cuenta la investigación empresarial y otras formas de financiación privada, casi un
cuarto de billón de dólares se habrá invertido en nanotecnología para el año 2015.
Se cree que la investigación empresarial y la financiación privada superaron las
cifras de financiación del gobierno en el 2004. Pero este año, según las estimaciones
de Científica, en términos de PPA, China invertirá 2.250 millones de dólares en
investigación en nanotecnología, mientras que los EE.UU. gastarán 2.180 millones
de dólares. En términos de dólares reales, ajustados de acuerdo con los tipos de
cambio, China está invirtiendo solo 1.300 millones de dólares frente a los 2.180
millones de los EE.UU.
Esto parece ser un contratiempo temporal en el dominio de EE.UU. en la
financiación pública de la nanotecnología, ya que el próximo año se volverá a
posicionar en cabeza, incluso en términos de PPA, con una inversión de 2.460
millones de dólares, frente a los 2.200 millones que invertirá China.
El índice de Científica sobre la capacidad de los países para aprovechar las
tecnologías emergentes indica que los EE.UU., Alemania, Taiwán y Japón cuentan
con la combinación de excelencia académica, empresas hambrientas de tecnología,
mano de obra cualificada y disponibilidad de capital inicial para asegurar la
transferencia efectiva de tecnología.
Cuando se combina con unos niveles de financiación de la nanotecnología,
EE.UU. sigue siendo el lugar en el que estar, aunque China y Rusia sean cada vez
más atractivas. El Reino Unido y la India combaten en la parte inferior de la liga
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Aplicaciones De Los Nanorobots
Los diseños de nanorobots son muy variados. En el campo de la medicina se
empiezan hacer diseños que mejoren al eritrocito1 (también llamados glóbulos
rojos o hematíes), a la mitocondria, a los leucocitos (también llamados glóbulos
blancos) e incluso pequeños nanorobots que modifiquen las cadenas del ADN.
En el campo computacional se prevé que esta tecnología va a ser que los chips
sean cada vez más pequeños y por consiguiente aumenten su capacidad de
procesamiento.
También se provee que esta tecnología ofrecerá importantes cambios en el
mantenimiento del medio ambiente ya que los nanoinventos podrán degradar o
utilizar los componentes contaminantes, eliminando así la contaminación.
Estos son algunos de los avances en nanomedicinamas importantes de los
últimos meses.
Detección temprana del cáncer de pulmón: hasta ahora, era prácticamente
imposible detectar el cáncer de pulmón en sus primeras etapas. La prueba de
detección del cáncer de pulmón, diseñada por el patólogo Michael Wang y el
ingeniero biomédico Li-QunGu de la Universidad de Missouri, se basa en un diseño
simple pero eficaz. El principio tras la prueba es que cuando el cáncer empieza a
formarse en los pulmones, distorsiona la secuencia de una molécula llamada
microARN. Si los científicos pueden encontrar las irregularidades en la microARN,
pueden descubrir si el paciente tiene cáncer. La prueba es tan fácil de realizar que
los pacientes pueden ser diagnosticados y empezar el tratamiento en la primera
visita.
Prueba de la gripe con nanopartículas de oro: la mayoría de las pruebas de la
gripe hoy en día requieren mucho tiempo o son increíblemente inexactas. La técnica
más precisa, denominada PCR, consiste en tomar una muestra y almacenarla
11
durante unos días, a continuación se replica su ARN y, luego, dos semanas más
tarde, llegan los resultados. Para entonces podría ser demasiado tarde para detener
una epidemia. En cambio, con la prueba de nanopartículas de oro, los resultados se
pueden obtener de forma inmediata y es posible tratar al paciente inmediatamente,
evitando el contagio a más personas. Creada por un equipo de la Universidad de
Georgia dirigido por Ralph A. Tripp, la prueba aprovecha la capacidad de las
nanopartículas de oro para dispersar la luz de formas radicalmente diferentes,
dependiendo de su geometría. Todo el médico tiene que hacer es tomar una muestra
del líquido y mezclarla con una disolución de nanopartículas de oro. Si el virus está
presente, la disolución dispersará la luz con un patrón mensurable. La prueba no solo
es rápida, sino también barata. El oro se utiliza en una cantidad tan pequeña que
cuesta una centésima de centavo realizar la prueba.
Cazadoras del cáncer de Sandia: en todo el mundo las personas padecen de
tumores. A veces se pueden extirpar quirúrgicamente, pero muchas veces las células
afectadas se encuentran en un área inaccesible. La quimioterapia es otra opción,
pero la radiación no es muy selectiva con lo que mata. La protocélula, diseñada por
Jeff Brinker y su equipo del Laboratorio Nacional de Sandia, en Nuevo México, es un
artilugio para transportar nanopartículas llenas de toxinas y silenciadores del ARN a
una célula cancerosa. Es una cápsula de dióxido de silicio poroso (piensen en:
cuarzo) encerrado en una doble capa de lípidos. Cuando se aproxima a la célula
cancerosa, las proteínas de la protocélula se adhieren a los receptores del tumor,
permitiendo que la célula la engulla. Las protocélulas se dirigen hacia las células
cancerosas; tienen al menos un 99% de afinidad para enlazarse al sobrecrecimiento
de los receptores que tiene lugar en la membrana celular de los tumores. Son
altamente especializadas y económicas, ya que sólo una protocélula es necesaria
silenciar un tumor.
Respuesta celular: para poner un nuevo medicamento en el mercado, las
compañías farmacéuticas suelen pasar por un proceso de unos doce años y más de
300 millones de dólares. Pasan por varias etapas de prueba, desde cultivos celulares
a experimentos con animales y, finalmente, ensayos en humanos. Sin embargo, hay
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un paso crucial que no han sido capaces de realizar: probar la respuesta de la célula
al fármaco desde el interior. La profesora Karen Martínez, con su equipo de la
Universidad de Copenhague, ha hecho un gran avance en biosensores. Insertaron
nanocables semiconductores en una celda sin interferir en sus procesos internos o
matarla. Colocaron células de hígado humano y neuronas de ratas sobre una cama
de nanocables de arseniuro de indio y éstas fueron capaces de funcionar y vivir
durante varios días. Los investigadores midieron entonces los procesos dentro de la
célula en tiempo real, incluyendo la respuesta interna a los estímulos y el potencial
de la membrana de la célula. También pudieron transportar fármacos por el cable
hacia el interior de la célula y comprobar la reacción desde el interior.
Reparación de la médula espinal: cuando se produce una lesión en la columna
vertebral, se puede formar un quiste, que bloquee la regeneración del tejido nervioso.
Muchos consideran las células madre como la solución a la rehabilitación de la
columna vertebral, pero dos investigadores de Milán han utilizado otro enfoque.
Fabrizio Gelain y Angelo Vescovi construyeron nanotubos llenos de péptidos
autoensamblables que actúan como soporte para la zona dañada e imitan la
estructura de la columna vertebral. Los expertos evaluaron el procedimiento en ratas
e insertaron los nanotubos en su columna dañada, donde se estaban formando los
quistes. Después de seis meses, observaron que los quistes habían sido
reemplazados por células recién formadas que incluían neuronas, vasos sanguíneos
y células óseas. También había neuronas en el interior de los nanotubos en donde se
encontraban originalmente los péptidos. Una vez recuperada la zona, los tubos se
biodegradan y son ingeridos por microorganismos.
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APLICACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN COLOMBIA
En Colombia se ha desarrollado en las universidades avances en lo concerniente
a este tema, logrando que experiencias desarrolladas en sus campus sean
premiados, como el trabajo presentado por el centro y el grupo de nano-ciencia de la
Universidad Javeriana al III congreso de Bioingeniería e Ingeniería Biomecánica
donde obtuvo el primer puesto dentro de la evaluación de ponencias orales gracias a
su trabajo “Citotoxicidad por foto-termólisis asistida con nanotubos de carbono”.
Además se han organizado congresos de carácter internacional sobre
aplicaciones de la Nanotecnología, como COLNANOTEC09 que dirigió la
Universidad de Cundinamarca en la ciudad de Bogotá el pasado mes de Agosto. En
esta edición COLNANOTEC se desarrollo en la modalidad de cursos y conferencias
magistrales.
En Colombia la Nanotecnología no se encuentra regulada por la legislación en
cuanto a su manipulación y utilización en proyectos científicos y tecnológicos, por lo
tanto se hace necesario una regulación jurídica de la investigación, el Desarrollo y la
comercialización de la Nanotecnología.
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NANOTECNOLOGÍA EN EL FUTURO
Para el futurista Eric Drexler, menciona que en poco más de 7 años “el tejido de la
cultura humana se retejara drásticamente por medio de maquinas del tamaño de una
proteína capaces de fabricar, molécula a molécula, cualquier cosa que un ingeniero
pueda diseñar. Al mover los átomos individualmente, los expertos del futuro tendrán
en su mano los botones de mando de la naturaleza. En este sentido, pronto se
crearan nuevos materiales adaptados a las necesidades de clientes específicos, casi
a partir de chatarra”. Estos elementos que parte de unos conocimientos previos de
varios procesos de investigación y experimentos científicos que busca mejorar la vida
humana ha presenciado una evolución enorme que ha permitido crear herramientas
que contribuyen a los diferentes cambios tanto tecnológicos como a la calidad de
vida de los seres humanos.
La nanotecnología en el futuro brindara herramientas que hoy en día es y son
difíciles de creer para la humanidad, pues para muchos eso solo se presenta en
películas, además traerá consigo grandes beneficios, como la creación de nuevas
maquinarias y otros campos de intervención como la literatura, lo ambiental, la
medicina entre otras. La nanotecnología entonces será el recurso en el que muchos
países están invirtiendo, cada uno con un fin, pero que puede ser importante en la
creación de nuevas herramientas.
15
CONCLUSIONES
Unas de las diferencias más importantes que podernos encontrar entre las
normas APA y las normas ICONTEC, es que las APA se inclinan más a como citar
correctamente en un trabajo mientras las normas ICONTEC tienden más a lo
estructural del trabajo y la presentación del mismo.
La nanotecnología es una ciencia multidisciplinaria que involucra a la Biología, la
Química, la Ciencia de Materiales y la Ingeniería, con la Física como su eje
fundamental, y nos llevará a potenciales aplicaciones tecnológicas. Sin lugar a
dudas, la nanotecnología será la ciencia de ahora en adelante y nos traerá
innumerables desarrollos en la industria electrónica y de la información, y en general
con importantes aplicaciones médicas, energéticas, industriales y medioambientales.
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REFERENCIAS ELECTRONICAS
Buitrago Botero, Diego Martín ( 20 de 2006) La nanotecnología y el derecho
Análisis Jurídico de un mundo infinitesimal.
Recuperado el 06 de noviembre 2011, de
http://www.informatica-juridica.com/trabajos/La_nanotecnologia_y_el_Derecho.asp
Dr. Peihong Zhang, UC Berkeley, EE.UU (2000) Primer portal sobre
nanotecnología y nanociencia.
Recuperado el 06 de noviembre 2011, de
http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia.htm