domingo, 26 de octubre de 2014

PERSPECTIVAS SOBRE LA NANOTECNOLOGÍA

PERSPECTIVAS SOBRE LA NANOTECNOLOGÍA

¿Por qué es importante la nanotecnología?
La nanotecnología es tan importante porque podría tener el potencial para resolver muchos de los problemas de la humanidad.
Si se desarrolla de forma responsable, la nanotecnología podría resolver problemas en los países más pobres del mundo tan importantes como enfermedades, hambre, falta de agua potable y falta de casas. Si se desarrolla de forma no responsable, la nanotecnología podría ser algo muy peligroso, permitiendo la fabricación de armas muy pequeñas con una fuerza de destrucciones inimaginables. Algunos expertos creen que su impacto sobre nuestra vida será tan importante como en su día fue el impacto de la medicina o el impacto de los ordenadores.
Con ayuda de la nanotecnología, en el futuro se podrán lograr los siguientes beneficios:
Fabricar nuevos materiales como ropa que cambia de color, nuevos adhesivos, nuevos materiales para la construcción que se auto limpian, robots con capacidad de "ver" y "sentir"....
Nuevos tecnologías de la información, tales como la computación cuántica y microchips capaces de almacenar trillones de bytes de información en un aparato tan pequeño como la punta de un alfiler
Avances médicos, incluyendo la administración de medicinas y la detección y tratamiento de enfermedades como el cáncer. Con la nanotecnología se podrá construir pequeños "naves sanguíneas" que transportan medicinas directamente all tumor de un cáncer para destrozarlo
Beneficios para el medioambiente como la purificación de agua, sistemas para controlar la contaminación, nuevas fuentes de energía sostenible y limpia etc.
Actualmente, alrededor de 40 laboratorios en todo el mundo canalizan grandes cantidades de dinero para la investigación en nanotecnología. Unas 300 empresas tienen el término nano en su nombre, aunque todavía hay muy pocos productos en el mercado.
Algunos gigantes del mundo informático como IBM, Hewlett - Packard (HP), NEC e Intel están invirtiendo millones de dólares al año en el tema. Los gobiernos del llamado Primer Mundo también se han tomado el tema muy en serio, con el claro liderazgo del gobierno estadounidense, que para este año ha destinado 570 millones de dólares a su NationalNanotechnologyInitiative.
En España, los científicos hablan de nanopresupuestos. Pero el interés crece, ya que ha habido un par de congresos sobre el tema: en Sevilla, en la Fundación San Telmo, sobre oportunidades de inversión, y en Madrid, con una reunión entre responsables de centros de nanotecnología de Francia, Alemania y Reino Unido en la Universidad Autónoma.
El motivo de tanto interés no es extraño. La nanotecnología tiene potencial para cambiarlo todo: las medicinas y la cirugía, la potencia de la informática, los suministros de energía, los alimentos, los vehículos, las técnicas de construcción de edificios y la manufactura de tejidos. Muchas cosas más que ni imaginamos.

NANO LOGO DE IBM

NANO LOGO DE IBM





MICROSCOPIO DE FUERZA ATÓMICA

MICROSCOPIO DE FUERZA ATÓMICA

Gerd Binnig y Heinrich Rohrer fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1986 por su trabajo en microscopía de barrido de túnel. Binnig y Rohrer fueron reconocidos por el desarrollo de la técnica de microscopía poderosa, que puede formar una imagen de cada uno de los átomos sobre una superficie de metal o de semiconductores mediante el escaneo de la punta de una aguja sobre la superficie a una altitud de sólo unos pocos diámetros atómicos. Compartieron el premio con el científico alemán Ernst Ruska, el diseñador del primer microscopio electrónico

Principales restricciones y observaciones en su uso

  • Algunas superficies parecen demasiado lisas al STM, la altura aparente o corrugación es de 1/100 a 1/10 diámetros atómicos.
  • Entonces, para resolver átomos individuales la distancia entre punta y muestra debe mantenerse constante a menos de 1/100 de diámetro atómico o hasta 0.002 nm., por ello el STM debe aislarse de las vibraciones.
  • Debe tomarse en cuenta que el resultado es una visualización que permite conocer características de la muestra.
  • No es una fotografía de los átomos en la superficie. Los átomos parecen tener superficies sólidas en las imágenes de STM, pero en realidad no las tienen.
  • Sabemos que el núcleo de un átomo está rodeado de electrones en constante movimiento. Lo que parece una superficie sólida es en realidad una imagen de un conjunto de electrones.
  • Las imágenes también dependen de ciertos mecanismos de interacción punta-muestra que no se entienden bien hasta la fecha.
  • Aun cuando no necesita alto vacío para su operación, es deseable para eliminar contaminación y además una cámara de vacío aísla de vibraciones externas.
Recientemente (4 de junio de 2007) un equipo liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha perfeccionado la técnica empleada por los microscopios atómicos. La nueva técnica, denominada Phase Imaging AFM, está basada en la microscopía de fuerzas, y permite realizar medidas tanto en aire como en medios líquidos o fisiológicos. El desarrollo de esta técnica podría tener aplicaciones en áreas diferenciadas, como la biomedicina, la nanotecnología, la ciencia de materiales o estudios medioambientales.

Instrumentación

Diagrama de un microscopio de fuerza atómica
Los componentes de un AFM son:
  • Diodo láser: Fuerza normal,F=−kΔx, siendo k=AEL), y Fuerza lateral, F=−kΔx, siendo k=AEL=A+C-(B+D).
  • Micropalanca
  • Fotodiodo
  • Tubo piezoeléctrico

Micropalancas

Micropalanca
Históricamente las primeras palancas tenían un tamaño de varios mm y solían fabricarse con metal, por ejemplo a partir de un hilo de tungsteno con un extremo afilado y doblado en ángulo recto para producir la punta. Más tarde se hizo necesario, para mejorar la velocidad de barrido sin perder resolución, que las palancas tuvieran masas cada vez menores y simultáneamente frecuencias de resonancia mayores. La solución a este problema se halló en la microfabricación de las palancas.
Las micropalancas se producen en la actualidad empleando métodos de microfabricación heredados inicialmente de la industria microelectrónica como litografía de superficie y grabados reactivos de plasma de iones (RIE y DRIE siglas en inglés de Reactive Ion Etching y Deep Reactive Ion Etching). Las puntas suelen fabricarse a partir de deposiciones de vapor de algún material idóneo sobre la palanca ya fabricada, en cuyo caso el resultado suele ser una punta cónica o más comúnmente, cuando el silicio es el material de elección, recurriendo a técnicas de grabado anisótropo. El grabado anisótropo involucra el uso de una solución grabadora que excava el material sólo o preferentemente en ciertas direcciones cristalográficas. De esta manera, es posible producir puntas piramidales limitadas por planos cristalográficos del material.
La fuerza de la micropalanca viene dada por el fabricante y se determina por la ley de Hooke. En este caso, la ley de Hooke se representa por la ecuación del resorte, donde se relaciona la fuerza F ejercida por el resorte con la distancia adicional x producida por alargamiento, del siguiente modo:
F=kΔx, siendo F=−kΔx, siendo k=AEL
k=
.

Sensores de flexión

Existen actualmente distintos sistemas para medir la flexión del listón. El más común en instrumentos comerciales es el llamado óptica en éste la flexión del listón se registra mediante un haz láser que se refleja en la parte posterior de la micropalanca para luego alcanzar un fotodetector. A este efecto, la mayor parte de las micropalancas (listones) de AFM se fabrican actualmente con una capa de oro de unas decenas de nm de espesor en su parte posterior para optimizar su reflectancia al haz del láser. Sin embargo históricamente el primer sistema de detección usado fue un microscopio de STM (efecto túnel). En este sistema una punta de STM era ajustada al listón siendo la flexión de este medida a través de la variación en la corriente de túnel, ya que dicha corriente es sensible a cambios subnanométricos en la distancia entre punta de STM y listón. La razón de que se pensara inicialmente en este sistema es que en su origen el microscopio de AFM se concibió como modificación del microscopio de STM para ser usado con muestras eléctricamente aislantes ya que el microscopio de STM sólo funciona con conductores. Posteriormente se pasó a sustituir este sistema de detección por un interferómetro y finalmente se introdujo la palanca óptica. Más recientemente se han incorporado nuevos métodos de detección basados en piezorresistividad o en medidas de capacitancia. Sin embargo ninguno de estos métodos "electrónicos" alcanza los niveles de resolución tanto espacial como temporal de la palanca óptica.
Por otra parte la palanca óptica presenta un problema de calibración que afecta especialmente a las medidas de fuerza. Este se debe a la necesidad que se da en las medidas de fuerza de registrar de forma precisa la flexión de la palanca en su extremo libre. Ya que el fotodiodo solamente registra el desplazamiento del punto de laser sobre su superficie es necesario calibrar este desplazamiento con una flexión real de la palanca para poder obtener medidas de flexión. Este procedimiento conocido como calibración de la sensibilidad se lleva a cabo imprimiendo una flexión conocida al extremo de la micropalanca mientras simultáneamente se registra la señal del fotodiodo. La forma más común de obtener una flexión conocida es presionar verticalmente el extremo de la palanca contra una superficie rígida, asegurando así que el desplazamiento vertical de la palanca equivale a flexión en su extremo.
Los métodos interferométricos o de efecto túnel no requieren de este procedimiento.

Punta

Ampliación a 3000x de una palanca usada de AFM
Unos de los aspectos más importantes en la resolución de las imágenes obtenidas por AFM es la agudeza de la punta. Las primeras utilizadas por los precursores del AFM consistieron en pegar el diamante sobre pedazos de papel de aluminio. Las mejores puntas con radio de curvatura se encuentran alrededor de los 5nm.
Existen tres tipos de influencias para formar las imágenes:

MICROSCOPIO DE EFECTO TÚNEL

MICROSCOPIO DE EFECTO TÚNEL


Microscopio de efecto túnel podríamos definirlo como una máquina capaz de revelar la estructura atómica de las partículas. La técnicas aplicadas se conocen también como "de barrido de túnel" y están asociadas a la mecánica cuántica. Se basan en la capacidad de atrapar a los electrones que escapan en ese efecto túnel, para lograr una imagen de la estructura atómica de la materia con una alta resolución, en la que cada átomo se puede distinguir de otro.
Una vez llevado el proceso en le microscopio, escaneando la superficie del objeto y haciendo un mapa de la distancia entre varios puntos, se genera una imagen en tres dimensiones. Los microscopios de efecto túnel también han sido utilizados para producir cambios en la composición molecular de las sustancias. Es un instrumento fundamental en el campo de la nanotecnología y la nanociencia.
Inventado por Binning y Rohrer en 1981, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel en 1986 por este descubrimiento.







COMO PUEDE UTILIZARSE LA NANOTECNOLOGÍA

COMO PUEDE UTILIZARSE LA NANOTECNOLOGÍA

Un dos por ciento de la mortalidad en hospitales se debe a las infecciones asociadas a los catéteres venosos, muy utilizados en la práctica médica. La culpa la tienen unas biopelículas que se forman en los catéteres que fomentan la actividad de las bacterias. El trabajo de Fernando Fungo, de la Universidad Nacional de Río Cuarto, apunta al diseño de nanomateriales con propiedades antimicrobianas y trabaja junto con la empresa Silmag, que se especializa en productos médicos.

La nanotecnología puede ayudar a evitar muertes no sólo de esa forma. La empresa Nanotek, también nacional, desarrolló una pintura que tiene capacidad antimicrobiana durante toda su vida útil. Su producto, Klima Asepsis, especialmente diseñado para centros médicos, busca evitar las infecciones intrahospitalarias que tantas muertes se llevan cada año.

nanotech
Crédito: Flickr - Usuario: Sfupamr
 

Nahuel Romero, investigador de la Universidad Nacional de La Rioja, apunta a mejorar y abaratar las técnicas de diagnóstico de enfermedades infecciosas, con el desarrollo de un sistema de nanopartículas llamadas puntos cuánticos, que permiten reconocer el material genético de un virus o una bacteria en la sangre del paciente con una mayor sensibilidad y especificidad que las técnicas actuales. A la vez, esta técnica habilitaría la posibilidad de que estos diagnósticos se puedan realizar casi en cualquier centro de salud, incluso con equipos portátiles para zonas rurales.

Actualmente son más de 20 las empresas que utilizan la nanotecnología en la Argentina y hay cientos de investigadores abocados a descubrir las nuevas oportunidades que aportan los procesos a escala nanométrica, es decir, de una millonésima parte de un metro.

La nanotecnología trabaja manipulando materiales en un rango de entre uno y cien nanómetros, lo que permite un mayor control sobre la materia. Se trabaja al nivel de los átomos y las moléculas, lo que habilita a la creación de una gran cantidad de aplicaciones no sólo en medicina, sino también en electrónica e indumentaria (ropa que elimine la transpiración o antibacteriana), entre otras tantas. La tendencia en la industria actual apunta hacia la mejora de productos mediante la nanotecnología, más que a la creación de nuevos nanoproductos. Grandes empresas como Mercedes-Benz, Ford, Samsung y Nokia comercializan productos mejorados gracias a las nano aplicaciones.

Grandes áreas

Daniel Lupi, presidente de la Fundación Argentina de Nanotecnología (FAN), dice que “la nanotecnología aplicada a la industria tiene tres grandes áreas: una que corresponde a los nanomateriales, otra de nanointermediarios o insumos y un área final, la más visible, de los nanoproductos o productos que utilizan nanotecnología”.

“Por el lado de los nanoproductos”, agrega Lupi, “encontramos los productos cotidianos mejorados debido a la nanotecnología; es decir, automóviles que usan pinturas más duras o con paragolpes más livianos, ropa que no se mancha, helados que tienen menor contenido graso y el mismo sabor, o materiales más resistentes al fuego. Hay una cantidad de productos que podríamos denominar habituales basados en la nanotecnología y que son parte de las marcas estándar, grandes o pequeñas, que ya están impuestas en el mercado”.

Lupi enfatiza la importancia del segundo nivel, en el que están los nanointermediarios, Pymes que se dedican a proveer a las grandes empresas de insumos mejorados gracias a la nanotecnología.

“Un ejemplo de esto”, explica Lupi, “son los fabricantes de pinturas para ser utilizadas en automóviles, cosechadoras y otro tipo de maquinarias. Estos intermediarios obtienen los insumos de los nanomateriales, en donde existen algunos que son de origen nacional, pero también hay actores internacionales. De los tres eslabones, tenemos en un extremo los nanomateriales, sector en el que se investiga muchísimo pero muy probablemente siga siendo territorio de los grandes proveedores internacionales; en el otro extremo los productos que vemos en la calle, que van a ser patrimonio de las marcas; y en el medio una zona muy importante, que es la de los nanointermediarios y empresas de insumos para los productos”.

La FAN y el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (MinCyT) trabajan para potenciar el área de los nanointermediarios, de las pequeñas y medianas empresas. “Es de esperar que nuestro país se vaya desarrollando principalmente en esa área”, opina Lupi, “la de aquellos que utilizan nanoproductos para hacer insumos. Hoy en la Argentina hay muchas empresas que están dedicadas a la nanotecnología y otras en camino de estarlo; es un ingrediente más en la cadena de valor de un producto”. El Programa NanoPymes, que se basa en un acuerdo de cooperación internacional firmado entre la Argentina y la Unión Europea en junio de 2011 con un presupuesto total de ¿ 19,6 millones, busca fortalecer la investigación en el sector y el desarrollo de Pymes vinculadas al sector de las micro y nanotecnologías.

“El objetivo del Programa es mejorar la competitividad del sector privado agregando conocimientos y valor a sus productos y servicios”, sostiene Águeda Menvielle, directora Nacional de Relaciones Internacionales del Mincyt. Así, se buscan mejorar los mecanismos gubernamentales para la transferencia de tecnología hacia las Pymes y fortalecer las actividades donde se vinculen empresas y expertos y el desarrollo de proyectos conjuntos en cooperación con el exterior.

“De este modo, si la Argentina alcanza los estándares mundiales más avanzados de inversión en nanotecnología, para 2015 el sector nanotecnológico empleará en forma directa a 11.000 personas. Este potencial abarcaría a 400 pymes industriales”, afirma Menvielle.

Nano Pymes

Dos empresas que se desarrollaron gracias a un estrecho vínculo con investigadores son Nanotek y Lipomize. La primera, fundada por investigadores e ingenieros argentinos, viene trabajando en el sector desde 2006. Nanotek hoy produce nanopartículas (nanometales, nanoóxidos y nanoaleaciones), desarrolla procesos utilizando nanopartículas (para remediación ambiental, mitigación de arsénico en aguas de napas, de impregnación de nanopartículas en textiles) y nanoproductos para ser incorporados (como estabilizadores de suelos, pinturas, vestuario y accesorios de uso hospitalario, calzados, ropa deportiva).

Alejandro Hoffmann, director Comercial de Nanotek, dice que “en el plano económico-financiero, durante los primeros años, el capital inicial fue aportado íntegramente por los socios. Recién el año pasado recibimos financiamiento por parte de la FAN para la nanoremediación de arsénico en aguas para consumo humano, que nos permitió poner en marcha una planta piloto”.

El caso de Lipomize es similar, aunque más reciente. Se constituyeron como empresa en mayo de 2012, si bien ya venían trabajando desde 2011. La empresa santafesina tiene tres líneas de productos y una de servicios. Liposomas —pequeñas burbujas hechas con el mismo material que la membrana celular que permiten transportar diversos componentes en su interior— como insumos para productos cosméticos (materia prima para la elaboración de cosméticos), para productos nutracéuticos (para la elaboración de suplementos dietarios) y fármacos liposomales (producto semiterminado farmacéutico, con aplicaciones en nutrición y oncología, entre otras). También realizan consultoría en gestión de proyectos de desarrollo de productos liposomales.

Según Juan Manuel Peralta, socio fundador de Lipomize, “los cinco socios tenemos diferentes formaciones. Hay dos científicos, un administrador de empresas, un contador y un especialista en proyectos industriales. El capital inicial lo aportaron los socios y la FAN. Posteriormente obtuvimos algunos premios y aportes del Ministerio de Industria, la Secretaría de Estado de Ciencia, Tecnología e Innovación de la provincia de Santa Fe y un subsidio para la formulación de proyectos ANR del Ministerio de Ciencia”. Hoffmann, de Nanotek, dice que, como modelo de negocio, “decidimos volcar nuestros desarrollos para que las empresas puedan lograr competitividad rápidamente y con inversiones menores. La nanotecnología permite hoy mejorar implementaciones agregando calidad e innovación a productos desarrollados y a crear nuevos escenarios para productos que aún no existen en el mercado”.

Peralta, de Lipomize, opina que “el mercado interno argentino es todavía limitado para colocar productos liposomales en cantidad suficiente como para sostener a una empresa mediana, por eso es necesario exportar”.

Nanotek ha exportado a Paraguay, Chile, Bolivia, India, Perú y a algunos países de América Central, especialmente a líderes en minería, para las que ellos ofrecen sistemas de tratamiento de suelos contaminados. Lipomize ha logrado exportar servicios a la India y productos cosméticos a Israel e Irán.

Lupi, de la FAN, considera que “la nanotecnología, por su realidad física extremadamente pequeña, sitúa muy cerca al laboratorio de la fábrica. Es decir, que cuando se trabaja en laboratorio ya se está en los niveles semi industriales, porque se trabaja con muy pequeñas cantidades y muestras, que cumplen roles importantísimos”. El especialista cree que actualmente “es un muy buen momento para que los industriales se acerquen”. 



miércoles, 1 de octubre de 2014

INTRODUCCIÓN

La nanotecnología es la tecnología que nos permite fabricar cosas a escala nanométrica (se abrevia nm.) que equivale a la millonésima parte de un milímetro o  la billonésima parte de un metro.
También se le puede definir como la ciencia que manipula en forma individual átomos y moléculas para crear maquinarias de tamaño molecular, que usualmente se mide en nanómetros.
Así como las computadoras 'rompen' la información a su más básica forma, es decir, 1 y 0, la nanotecnología juega con la materia en sus más elementales formas: átomos y moléculas. 

Con una computadora -una vez que la infomación se ha convertido y organizado en combinaciones de 1 y 0- la información se puede reproducir y distribuir fácilmente. Con la materia, los elementos básicos de la construcción molecular son los átomos, y la combinación de átomos se convierten en moléculas. La nanotecnología le permite manipular estos átomos y moléculas, haciéndo posible la fabricación, reproducción y distribución de cualquier sustancia conocida por el hombre, tan fácil y barata como reproducir datos en una computadora. 

 TABLA DE CONTENIDOS

1. Como puede utilizarse la nanotecnología .........................

2. Microscopio de efecto túnel ..............................................

3. Microscopio de fuerza atómica .........................................

4. Nano logo de IBM ..............................................................

5. Perspectivas sobre nanotecnología ...................................