Nanociencia

2007-09-18T10:40:00.000-05:00

Aplicaciones de la nanotecnologia

La nanotecnología ya desarrolla polímeros para crear nuevos plásticos, nylon y resinas con más prestaciones y propiedades mecánicas. En poco tiempo, las armadoras de autos podrán experimentar con superficies que no necesitan pintura y autos que pueden auto mantenerse

Se habla desde entonces de dos vertientes para su desarrollo: el estudio de nanotecnología en sí, y la investigación en tecnologías habilitadoras en torno a la creación de ensambladoras de maquinaria a escala manométrica. La investigación es ahora puramente teórica y se centra en las ingenierías nanomecánica y nanoeléctrica. Pero también incluye el estudio de sistemas complejos como replicadores, ensambladores y nanocomputadoras.

La idea de estos proyectos nanotecnológicos no sólo busca ubicar a los átomos en lo individual, sino montar máquinas moleculares capaces de crear, átomo por átomo, todo lo que nos rodea o lo que deseemos tener en el futuro. En las palabras del propio Drexler: “Puestos en orden de una manera, los átomos componen aire, tierra, agua. Con otro diseño, los átomos forman unas fabulosas fresas frescas”.

Se podría pensar en desacelerar el proceso de envejecimiento o en regresar a la juventud por obra y gracia del reacomodo de las moléculas que nos configuran.

Han trascendido hazañas como la implantación de “nanobombas” de insulina y nuevas terapias genéticas, mientras se registran avances en prótesis y nuevos nanomateriales.

En un futuro inmediato se podrán diseñar edificios cinco veces más altos capaces de soportar cargas cinco veces mayores, y que no se fracturan ante un sismo”. Anticipa que habrá “construcciones cuyas paredes y pisos cambiarán de color conforme la luz del sol varia de tono”, y “muros divisorios transparentes durante el día y opacos por la noche”.

También dijo que vamos a ver pasar por las avenidas “casas de dos pisos remolcadas por un pequeño vehículo para cambiar de ubicación, gracias a su ligereza”.

Nanotecnologia

La nanotecnología permitirá manejar átomos y moléculas con absoluta precisión. Cabe mencionar que los cuatro grupos de sólidos presentes en la naturaleza, metales, cerámicas, semiconductores y polímeros, están siendo tratados según este proceso y ya se han obtenido metales cinco veces mas resistentes que los naturales, cerámicas que no se rompen, materiales que cambian de color según el espectro de luz sobre su superficie, y que se vuelven en algunos casos totalmente transparentes.

También hay semiconductores 300 veces más eficientes que los utilizados en la electrónica convencional. La empresa NTC comercializa ahora una línea de producción que abarca materiales abrasivos, catalizadores, cosméticos, magnéticos, pigmentos y recubrimientos, componentes electrónicos y cerámicas estructurales.

Hablamos de moléculas “engranadas”mecánicamente, con las que se han diseñado los motores moleculares, los interruptores nanoscópicos o sistemas de almacenamiento de la información a escala atómica. Se trata, principalmente, de los catenanos, los “nudos “(del inglés knots) y los rotaxanos, formados por anillos o macrociclos entrelazados atravesados por un “hilo” en línea recta y que se pueden “ensamblar” entre sí.
Los macrociclos protegen al hilo molecular central como una funda que los preserva de agentes externos. Así, según los mismos autores, se consigue obtener pigmentos fotorresistentes, con la posibilidad adicional de obtener hilos más largos, estables, que pueden usarse como “cables” moleculares.
El catenano se mantiene íntegro porque los dos anillos están entrelazados, como los eslabones de una cadena, y al igual que estos, no pueden ser separados sin romper al menos uno de ellos.Esto añade un grado de libertad rotacional no asequible a otros sistemas, lo que puede encontrar aplicación en el desarrollo de nano-dispositivos como los nuevos sistemas de almacenaje de información, las computadoras moleculares.
Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas (CAEN).Los científicos de los laboratorios Hewlett-Packard en Palo Alto, California y en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) están desarrollando computadoras muy, muy pequeñas. Tanto como que una de ellas cabría en un grano de arena. Estas nuevas computadoras son, en realidad, moléculas.
Computadoras moleculares.
Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas (CAEN)Los científicos de los laboratorios Hewlett-Packard en Palo Alto, California y en la Universidad de California en Los Angeles (UCLA) están desarrollando computadoras muy, muy pequeñas. Tanto como que una de ellas cabría en un grano de arena. Estas nuevas computadoras son, en realidad, moléculas.
Los científicos también están tratando de crear cables más pequeños para ser usados con estas nuevas moléculas. Han estirado tubos de carbono hasta formar hilos delgados de un nanómetro de ancho. Diez mil veces más finos que un cabello, son el resultado del arrollamiento de capas de átomos de carbono distribuidos en el espacio según la estructura hexagonal típica de su sistema cristalino. Descubiertos en 1991 por un investigador de la NEC, estarían destinados a ser conectores a escala atómica en dispositivos electrónicos.Los científicos planean introducir capas de moléculas de rotaxano en el interior de computadoras ultra potentes. Las nuevas computadoras serán muchos más pequeños y 100 billones de veces más rápidas que las que usamos en la actualidad. También serán más económicas. Se llaman "nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas" y sus siglas en inglés son CAEN

Uno de los grandes retos a los que se enfrentan los científicos en la actualidad es que cada molécula de rotaxano sólo puede ser usada una vez. Por ello, sirve únicamente para almacenar información en la memoria de sólo lectura o memoria ROM (read-only memory). Un ejemplo de memoria ROM es la utilizada para guardar en soporte CD-ROM una enciclopedia. Puede ser leída pero no modificada.
La molécula de rotaxano no puede ser usada para almacenar datos en la memoria de la computadora que se cambia una y otra vez: la memoria de acceso aleatorio usada en procesadores de texto o memoria RAM (random-access memory). Los científicos están tratando de desarrollar una molécula que pueda utilizarse cuantas veces sea necesario.

Estas computadoras microscópicas, incorporadas por ejemplo al torrente sanguíneo de una persona, podrían identificar bacterias que no son mayores que ellas. Así se conocerían los fármacos específicos para combatir infecciones. Una entre miles de posibilidades.
Phil Kuekes es un arquitecto de computadoras Hewlett-Packard y un investigador de CAEN. "Eventualmente", dice, "las computadoras serán tan pequeñas que ni siquiera las notaremos. La computadora no estará solamente en tu reloj de pulsera; estará en las fibras de tu ropa".
Es probable que en un plazo de tiempo más cercano a nosotros de lo que imaginamos se fabriquen chips de 50 átomos de ancho, si bien las leyes de la física impiden que el método tradicional de impresión del transistor por la luz pueda llegar a operar a escala menor.
La razón: es sabido que los ordenadores sólo entienden la lógica binaria, es decir, los valores 0 ó 1, llamados bits, que no es más que un convenio sobre si pasa o no corriente eléctrica. Los bits a su vez se agrupan en bytes, y se codifican de manera especial para dar lugar a los lenguajes de programación. Los programadores utilizan estos lenguajes para crear los programas, con los que dan instrucciones al ordenador sobre lo que tiene que hacer. A continuación, dichos programas se traducen al lenguaje binario o código máquina, que es el único que entiende el ordenador. Desde un punto de vista físico, el valor 0 o 1 de un BIT se procesa en el ordenador mediante un interruptor de apagado o encendido. Estos interruptores son los conocidos transistores de tipo MOS (Metal Oxide Semiconductor) donde una corriente de electrones se conduce a través de una “puerta”que permite el paso desde el óxido (aislante) al metal (silicio, semiconductor). Idea clave de los chips: estos transistores se almacenan en circuitos integrados (integran en la misma pieza de semiconductor todos los componentes de un circuito eléctrico: transistores, diodos, resistencias, condensadores, etc.

La capacidad de memoria y la velocidad se potenciarán cuando la simultaneidad de estados y el entrelazamiento se dominen. Así, por ejemplo, los grandes sistemas de cifrado y descifrado de mensajes, basados en operaciones matemáticas sencillas pero muy largas y repetitivas, se verán acortados radicalmente en el tiempo. El microprocesador cuántico reduciría los pasos en el tratamiento de la información, aunque todavía es pronto para cotejar datos tangibles.
Así pues, los dispositivos de memoria molecular podrían ofrecer una capacidad de almacenamiento muy superior a la de los ordenadores actuales y a mucho menor costo. Los actuales dispositivos micro eléctricos de silicio tienen un tamaño mínimo de 180 nanómetros, más o menos una milésima del grosor de un cabello. Pero en la electrónica molecular los componentes más pequeños pueden llegar a reducirse a un solo nanómetro, lo que permitiría tener más de mil procesadores en el espacio que ahora ocupa uno solo de los actuales.

Sin embargo, todavía queda mucho camino hasta llegar a ensamblar un microordenador con estas moléculas.

2007-09-18T10:33:00.000-05:00

La nanotecnologia .......

La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican al un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman (Breve cronología - historia de la nanotecnología). La mejor definición de Nanotecnología que hemos encontrado es esta: La nanotecnologia es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala. 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 Nos interesa, más que su concepto, lo que representa potencialmente dentro del conjunto de investigaciones y aplicaciones actuales cuyo propósito es crear nuevas estructuras y productos que tendrían un gran impacto en la industria, la medicina (nanomedicina), etc.. Esta nuevas estructuras con precisión atómica, tales como nanotubos de carbón, o pequeños instrumentos para el interior del cuerpo humano pueden introducirnos en una nueva era, tal como señala Charles Vest (ex-presidente del MIT). Los avances nanotecnológicos protagonizarían de esta forma la sociedad del conocimiento con multitud de desarrollos con una gran repercusión en su instrumentación empresarial y social. La nanociencia está unida en gran medida desde la década de los 80 con Drexler y sus aportaciones a la"nanotecnología molecular", esto es, la construcción de nanomáquinas hechas de átomos y que son capaces de construir ellas mismas otros componentes moleculares. Desde entonces Eric Drexler (personal webpage), se le considera uno de los mayores visionarios sobre este tema. Ya en 1986, en su libro "Engines of creation" introdujo las promesas y peligros de la manipulación molecular. Actualmente preside el Foresight Institute. El padre de la "nanociencia", es considerado Richard Feynman, premio Nóbel de Física, quién en 1959 propuso fabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas. En 1959, el gran físico escribió un artículo que analizaba cómo los ordenadores trabajando con átomos individuales podrían consumir poquísima energía y conseguir velocidades asombrosas. Existe un gran consenso en que la nanotecnología nos llevará a una segunda revolución industrial en el siglo XXI tal como anunció hace unos años, Charles Vest (ex-presidente del MIT). Supondrá numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades extraordinarias (desarrollar materiales más fuertes que el acero pero con solamente diez por ciento el peso), nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente más rápidos o sensores moleculares capaces de detectar y destruir células cancerígenas en las partes más dedlicadas del cuerpo humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones. Podemos decir que muchos progresos de la nanociencia estarán entre los grandes avances tecnológicos que cambiarán el mundo.

Avances y artículos de nanotecnologíaNanotubos de carbono Nanotecnología contra el cáncer Nanotecnología y exploración espacial Nanotecnología: la próxima revolución Nanotecnología y Deportes Nanotecnología y Medicina Nanotecnología e Informática La primera Nanoválvula Nanotecnología e Isuficiencia Renal Europa apuesta por la nanomedicina
Nanotecnología y Neurociencia
En una conferencia impartida en 1959 por uno de los grandes físicos del siglo pasado, el maravilloso teórico y divulgador Richard Feynman, ya predijo que "había un montón de espacio al fondo" (el título original de la conferencia fue “There’s plenty of room at the bottom”) y auguraba una gran cantidad de nuevos descubrimientos si se pudiera fabricar materiales de dimensiones atómicas o moleculares. Hubo que esperar varios años para que el avance en las técnicas experimentales, culminado en los años 80 con la aparición de la Microscopía Túnel de Barrido (STM) o de Fuerza Atómica (AFM), hiciera posible primero observar los materiales a escala atómica y, después, manipular átomos individuales. Con respecto a qué es la Nanotecnología, empecemos por aclarar el significado del prefijo “nano”: éste hace referencia a la milmillonésima parte de un metro (o de cualquier otra unidad de medida). Para hacernos idea de a qué escala nos referimos, piensa que un átomo es la quinta parte de esa medida, es decir, cinco átomos puestos en línea suman un nanometro. Bien, pues todos los materiales, dispositivos, instrumental, etc., que entren en esa escala, desde 5 a 50 ó 100 átomos es lo que llamamos Nanotecnología.Su impacto en la vida moderna aún parece una historia de ciencia ficción. Fármacos que trabajan a nivel atómico, microchips capaces de realizar complejos análisis genéticos, generación de fuentes de energía inagotables, construcción de edificios con microrrobots, combates de plagas y contaminación a escala molecular, son sólo algunos de los campos de investigación que se desarrollan con el uso de la nanotecnología, conocimiento que permite manipular la materia a escala nanométrica, es decir, átomo por átomo.Vídeos e imágenesde nanotecnologíaConsiderado por la comunidad científica internacional como uno de los más "innovadores y ambiciosos" proyectos de la ciencia moderna, la nanotecnología tiene su antecedente más remoto en un discurso pronunciado en diciembre de 1959 por el físico Richard Feynman, ganador del Premio Nobel, quien estableció las bases de un nuevo campo científico.Vinculado a la investigación científica desarrollada por las principales instituciones públicas de educación superior, la nanotecnología fomenta un modelo de colaboración interdisciplinario en campos como la llamada nanomedicina -aplicación de técnicas que permitan el diseño de fármacos a nivel molecular-, la nanobiología y el desarrollo de microconductores.Apenas una décadaA pesar de que hace sólo una década que comenzó el "despegue mundial" de este nuevo campo científico, hoy existen cerca de 3 mil productos generados con nanotecnología, la mayoría para usos industriales, aunque las investigaciones más avanzadas se registran en el campo de la medicina y la biología.La nanotecnología, es un campo científico que requiere de una colaboración multidisciplinaria muy estrecha que impida que los países menos desarrollados sigan rezagados ante los niveles alcanzados en Estados Unidos, Inglaterra y Japón, donde existe una opinión generalizada de que el futuro de la ciencia y el bienestar que pueda alcanzar la humanidad en un futuro está estrechamente vinculado con nuevas técnicas a nivel molecular.Hoy día, este campo científico está orientado a la ciencia molecular que hace posible diseñar microchips electrónicos capaces de identificar en sólo ocho minutos, al colocar una gota de sangre, las enfermedades que padeció la familia del paciente y a cuáles puede ser propenso, así como el diseño de modernos fármacos capaces de atacar el cáncer a nivel atómico sin causar daño a las células sanas.Realidad o ciencia ficciónSin embargo, a pesar de que se avanza continuamente en el diseño de nuevos medicamentos y técnicas con capacidad de manipular la materia átomo por átomo, no existen fechas precisas para que todos estos adelantos sean una realidad en la vida cotidiana de millones de personas, pues la ciencia, al igual que el arte, también tiene a la imaginación y la creatividad como motores.Algunas de las investigaciones más recientes en la búsqueda de tratamientos alternativos contra el cáncer fueron difundidas por un grupo de investigadores estadunidenses. En ellas se usaron nanopartículas de oro para el tratamiento del mal, lo que representa un gran logro para el combate contra esta enfermedad, a pesar de que puedan transcurrir varios años antes de su aplicación en seres humanos.La Nanociencia es un área emergente de la ciencia que se ocupa del estudio de los materiales de muy pequeñas dimensiones.El significado de la "nano" es una dimensión: 10 elevado a -9.Esto es: 1 nanometro = 0,000000001 metros.Es decir, un nanometro es la mil millonésima parte de un metro, o millonésima parte de un milímetro.También: 1 milímetro = 1.000.000 nanometros.Una definición de nanociencia es aquella que se ocupa del estudio de los objetos cuyo tamaño es desde cientos a décimas de nanometros.Hay varias razones por las que la Nanociencia se ha convertido en un importante campo científico con entidad propia. Una es la disponibilidad de nuevos instrumentos capaces de "ver" y "tocar" a esta escala dimensional. A principios de los ochenta fue inventado en Suiza (IBM-Zurich) uno de los microscopios capaz de "ver" átomos. Unos pocos años más tarde el Atomic Force Microscope fue inventado incrementando las capacidades y tipos de materiales que podían ser investigados...En respuesta a estas nuevas posibilidades los científicos han tomado conciencia de potencial futuro de la actividad investigadora en estos campos. La mayor parte de los países han institucionalizado iniciativas para promover la nanociencia y la nanotecnología, en sus universidades y laboratorios.Actualmente, muchos productos generados por la nanotecnología han sido aplicados a la vida cotidiana de millones de personas, como el uso de materiales más livianos y resistentes, catalizadores con nanopartículas de platino en los vehículos para hacer más eficiente el consumo de combustible, hasta tecnología de punta en el desarrollo de proyectos espaciales.La nanotecnología y el conocimiento de los procesos biológicos, químicos y físicos a nivel molecular, se convertirán en una de las revoluciones científicas más importantes para la humanidad, la cual debe ser difundida e incorporada en la sociedad con una amplia participación y apoyo por parte del Estado y la iniciativa privada.La "excelente" calidad de las investigaciones desarrolladas por especialistas requiere de mayor impulso financiero que garantice el futuro de importantes proyectos y de un cambio en la cultura científica que permita que la mayoría de la población conozca el potencial de un nuevo campo científico que puede cambiar el futuro de la humanidad.El principal reto será incorporar la nanotecnología como un nuevo campo multidisciplinario vinculado estrechamente a la sociedad, tanto por sus aplicaciones como por su potencialidad para resolver los problemas más urgentes, como el acceso a recursos energéticos, agua o alimentos.A ello se suma la falta de interés de importantes sectores de la iniciativa privada que pueden participar en el desarrollo de una tecnología moderna y eficiente que repercutirá tanto en la calidad de vida de las personas como en el consumo de diversos artículos.Sin un programa de divulgación que informe a la sociedad y al sector industrial de los avances que puede generar la nanotecnología, se agudizará el rezago científico en el que se ubican muchos de los países en desarrollo, a pesar de tener un cuerpo científico altamente capacitado, pero sin recursos ni difusión.

aqui puedes ver un video interesante sobre la nanotecnologia

http://www.youtube.com/watch?v=zZFzPG57oas