UN PEQUEÑO PASEO POR EL NANOMUNDO
La nanoquímica:
La nanoquímica adquirió su cara de legitimidad en la capacidad, desarrollada durante los
últimos decenios por los químicos, de sintetizar estructuras de una complejidad y
arquitectura inéditas. En 2004, la Academia de Ciencias en Francia informó que
actualmente "el arsenal sintético permite obtener cualquier arquitectura química" y que "la
química ha dejado en parte el campo de la exploración para volverse una ciencia de
creación"[3]. Se establece la posibilidad de crear estructuras que presentan capacidades de
auto-ensamblaje y, en cierta medida, de auto-organización.
La nanoquímica tiene frente a sí grandes desafíos, entre otros, los siguientes:
• Conformar nuevos métodos de síntesis, en algunos casos inspirados en procesos
vigentes en el mundo vivo (métodos biomiméticos), a fin de obtener estructuras
inéditas ligando, particularmente, átomos de diversos metales.
• Desarrollar el auto-ensamblaje y la auto-organización de nuevas moléculas,
conduciendo a estructuras de tamaño importante.
• Concebir y diseñar nanomateriales con propiedades fisicoquímicas específicas.
Los ámbitos de aplicación de los avances y logros en nanoquímica son enormes, por sólo
citar algunos, tenemos los catalizadores, el nanomagnetismo, la electrónica molecular y la
óptica.
• Conformar nuevos métodos de síntesis, en algunos casos inspirados en procesos
vigentes en el mundo vivo (métodos biomiméticos), a fin de obtener estructuras
inéditas ligando, particularmente, átomos de diversos metales.
• Desarrollar el auto-ensamblaje y la auto-organización de nuevas moléculas,
conduciendo a estructuras de tamaño importante.
• Concebir y diseñar nanomateriales con propiedades fisicoquímicas específicas.
Los ámbitos de aplicación de los avances y logros en nanoquímica son enormes, por sólo
citar algunos, tenemos los catalizadores, el nanomagnetismo, la electrónica molecular y la
óptica.
La nanofísica:
Como mencionamos anteriormente, a nivel nanométrico los objetos presentan
características físicas específicas que no presentan los objetos considerados en otra escala.
Por tanto, la nanofísica no sólo considera las propiedades de los átomos y de las moléculas
involucradas, sino que considera también el estudio del comportamiento de estos objetos en
escala nanométrica, el cual cambia cualitativamente respecto del que se presenta en otras
escalas. En este nuevo mundo, la mecánica cuántica se vuelve actor principal1. Se piensa
que se podrán manipular los estados cuánticos de la materia, abriendo el camino a métodos
de cálculo cuyos resultados no tendrán nada que ver con los alcanzados actualmente por
medio de las computadoras. Obviamente, esta disciplina no habría podido desarrollarse, de
la manera tan espectacular como lo ha hecho en estos últimos años, sin el
perfeccionamiento de los métodos de observación, experimentación y manipulación de
objetos individualizados.
características físicas específicas que no presentan los objetos considerados en otra escala.
Por tanto, la nanofísica no sólo considera las propiedades de los átomos y de las moléculas
involucradas, sino que considera también el estudio del comportamiento de estos objetos en
escala nanométrica, el cual cambia cualitativamente respecto del que se presenta en otras
escalas. En este nuevo mundo, la mecánica cuántica se vuelve actor principal1. Se piensa
que se podrán manipular los estados cuánticos de la materia, abriendo el camino a métodos
de cálculo cuyos resultados no tendrán nada que ver con los alcanzados actualmente por
medio de las computadoras. Obviamente, esta disciplina no habría podido desarrollarse, de
la manera tan espectacular como lo ha hecho en estos últimos años, sin el
perfeccionamiento de los métodos de observación, experimentación y manipulación de
objetos individualizados.
En el área de la microscopia en campo lejano, como la microscopia electrónica, se han
logrado establecer métodos que permiten el estudio de la materia en límites subnanométricos
(0.1 nm). Los métodos y técnicas anteriores se han visto complementados por
los estudios en campo próximo, como fue, por ejemplo, la microscopia de efecto túnel. Este
método permite sondear la superficie de un objeto moviendo una punta muy fina a una
distancia de nanómetros de dicha superficie y medir las perturbaciones que presenta la
corriente eléctrica que circula entre esta punta y el objeto estudiado. Este procedimiento
permite obtener información de superficies con una resolución vertical del orden de 0.01
nm. Los microscopios diseñados para llevar a cabo este procedimiento permiten no sólo
observar los átomos constitutivos de estas superficies sino también permiten manipularlos
individualmente y, por lo tanto, disponer de ellos para lograr conformar un orden preestablecido
por el experimentador Mientras el microscopio de efecto túnel permite observar la superficie de
logrado establecer métodos que permiten el estudio de la materia en límites subnanométricos
(0.1 nm). Los métodos y técnicas anteriores se han visto complementados por
los estudios en campo próximo, como fue, por ejemplo, la microscopia de efecto túnel. Este
método permite sondear la superficie de un objeto moviendo una punta muy fina a una
distancia de nanómetros de dicha superficie y medir las perturbaciones que presenta la
corriente eléctrica que circula entre esta punta y el objeto estudiado. Este procedimiento
permite obtener información de superficies con una resolución vertical del orden de 0.01
nm. Los microscopios diseñados para llevar a cabo este procedimiento permiten no sólo
observar los átomos constitutivos de estas superficies sino también permiten manipularlos
individualmente y, por lo tanto, disponer de ellos para lograr conformar un orden preestablecido
por el experimentador Mientras el microscopio de efecto túnel permite observar la superficie de
los materiales conductores, el microscopio de fuerza atómica permite observar la superficie de materiales 7
aislantes, como son los polímeros, las cerámicas y los algunos materiales biológicos. En
este caso, la punta que escanea la superficie del objeto es colocada sobre cantiléver flexible,
lo cual permite registrar el relieve que presenta la superficie. Con este registro puede
construirse una imagen, a escala nanométrica, de la superficie estudiada.
aislantes, como son los polímeros, las cerámicas y los algunos materiales biológicos. En
este caso, la punta que escanea la superficie del objeto es colocada sobre cantiléver flexible,
lo cual permite registrar el relieve que presenta la superficie. Con este registro puede
construirse una imagen, a escala nanométrica, de la superficie estudiada.
La nanobiologia :
Si se observa una célula viviente bajo microscopio óptico, existen numerosos fenómenos
dinámicos activos, como lo son, entre otros, la división y los movimientos celulares, el
transporte de objetos en la célula o la formación y la desaparición de estructuras
intracelulares (organelos, etc.)2. Macromoléculas complejas, que juegan el papel de
pequeñas máquinas a escala molecular, están en el origen de estos fenómenos activos.
Muchísimas de estas moléculas que actúan en la célula viviente, por su pequeño tamaño,
del orden de unos nanómetros, son invisibles en el microscopio. Los prototipos de estas
moléculas son los motores moleculares que consumen combustible químico que
transforman en trabajo mecánico.
Existe una diversidad de motores moleculares: motores lineales, que se mueven a lo largo
de filamentos rígidos; motores rotativos, que dan vuelta en una membrana celular; sistemas
de motores que generan movimientos de oscilación, que permiten nadar a ciertos
organismos unicelulares. Finalmente hay moléculas que se mueven a lo largo de la doble
hélice del ADN, el portador del código genético. Estas moléculas abren la hélice, duplican
el código o crean una copia en una hebra de ARN. El estudio de las propiedades físicas,
mediante técnicas de nanomanipulación, de moléculas individuales es importante para
entender mejor su funcionamiento en estructuras biológicas complejas.
Las nanotecnologías:
La nanotecnología involucra un amplio campo de investigación y desarrollo que implica la
participación de la nanoquímica, nanofísica y nanobiología, a fin de diseñar y elaborar
estructuras, dispositivos y sistemas, a partir de procedimientos diversos, que permiten estructurar
la materia a escalas del orden de 1 a 100 nm, aproximadamente. Con base en las
características de la materia, propias de la escala nanométrica, se puede pensar en múltiples
aplicaciones de dicha tecnología al ámbito, por ejemplo, de la tecnología de la información
y la comunicación: elaboración de dispositivos electrónicos más pequeños con funciones
electrónicas específicas asignadas, etc.
características de la materia, propias de la escala nanométrica, se puede pensar en múltiples
aplicaciones de dicha tecnología al ámbito, por ejemplo, de la tecnología de la información
y la comunicación: elaboración de dispositivos electrónicos más pequeños con funciones
electrónicas específicas asignadas, etc.
Por supuesto, existen otros tantos campos en donde la tecnología de los materiales
nanoestructurados puede aplicarse; valga la pena mencionar, por ejemplo, el campo de la
energía, ya sea producción, almacenamiento, transporte o utilización. Los materiales
energía, ya sea producción, almacenamiento, transporte o utilización. Los materiales
nanoestructurados presentan ahorro en términos de peso, de consumo de materia prima y, por
supuesto, de energía globalmente consumida. Existe la posibilidad de diseñar
nanodispositivos semejantes a nanomotores que pueden estar incluidos en diversos tipos de
microsistemas.
supuesto, de energía globalmente consumida. Existe la posibilidad de diseñar
nanodispositivos semejantes a nanomotores que pueden estar incluidos en diversos tipos de
microsistemas.
La existencia de nanomateriales o materiales nano-estructurados no es algo nuevo. La
nano-estructuración de materiales de origen biológico es más una regla que la excepción;
por ejemplo, la madera, el hueso, la cáscara de huevo son todos materiales nanoestructurados.
Por otro lado, algunos materiales fabricados por el hombre, como son ciertos
vidrios o esmaltes, poseen su color, resistencia y otras características particulares debido a
su nano-estructuración. Toda esta tecnología de nanomateriales encuentra en la actualidad
una enorme importancia gracias a su capacidad de concepción, diseño, elaboración y
funcionalización de materiales con características y funciones específicas.
Como puede apreciarse, las aplicaciones son múltiples y diversas. Sin duda, uno de los
campos que será verá influenciado por todo este desarrollo será el de la salud. Uno se puede
preguntar ¿cuáles serán los progresos médicos consiguientes y cuáles serán sus impactos
sociales?
Nanociencias y medicina:
El encuentro de la física y de la biología no es algo nuevo. Al inicio del siglo XX, el
encuentro fructuoso entre la química y la biología permitió la elaboración de substancias no
derivadas necesariamente de extractos de plantas, sino por síntesis química. Lo anterior
condujo a la enorme expansión y diversificación de la producción farmacéutica hoy
existente. A mediados del siglo XX, los métodos de la física se aplicaron exitosamente al
estudio de la materia viviente, iniciando el camino de lo que se denominaría biología
molecular, cuyo mayor resultado fue la propuesta del modelo tridimensional del ADN;
extendiendo así el conocimiento de la difracción de los rayos X en el área de la
cristalografía al campo de la biología.
Actualmente se presenta nuevamente una convergencia entre las nanociencias y las ciencias
de lo viviente. Los componentes de los organismos vivos son de tamaño micrométrico y
sub-micrométrico. Nuestros vasos sanguíneos y bronquios son estructuras capilares, de
escala micrométrica, que transportan líquidos o gases. Las células, unidades funcionales de
los seres vivos son glóbulos de algunos micrómetros de diámetro. En su seno, se efectúan
reacciones químicas en compartimentos que no exceden la dimensión de nanolitros. La
incorporación de diversos componentes a la célula, como pueden ser diversos mediadores
químicos, metabolitos o medicamentos, que participan en la regulación o modificación de
diversas funciones celulares, atraviesan la membrana celular a través de poros cuya
dimensión está en escala nanométrica. Gran cantidad de bacterias y virus son entidades que
por su tamaño se encuentran desde la escala micro hasta la escala nanométrica.
Dado todo lo anterior, no es extraño el encuentro entre la nanotecnología y las ciencias
biológicas para conformar en nuevo campo denominado nanobiotecnología.
encuentro fructuoso entre la química y la biología permitió la elaboración de substancias no
derivadas necesariamente de extractos de plantas, sino por síntesis química. Lo anterior
condujo a la enorme expansión y diversificación de la producción farmacéutica hoy
existente. A mediados del siglo XX, los métodos de la física se aplicaron exitosamente al
estudio de la materia viviente, iniciando el camino de lo que se denominaría biología
molecular, cuyo mayor resultado fue la propuesta del modelo tridimensional del ADN;
extendiendo así el conocimiento de la difracción de los rayos X en el área de la
cristalografía al campo de la biología.
Actualmente se presenta nuevamente una convergencia entre las nanociencias y las ciencias
de lo viviente. Los componentes de los organismos vivos son de tamaño micrométrico y
sub-micrométrico. Nuestros vasos sanguíneos y bronquios son estructuras capilares, de
escala micrométrica, que transportan líquidos o gases. Las células, unidades funcionales de
los seres vivos son glóbulos de algunos micrómetros de diámetro. En su seno, se efectúan
reacciones químicas en compartimentos que no exceden la dimensión de nanolitros. La
incorporación de diversos componentes a la célula, como pueden ser diversos mediadores
químicos, metabolitos o medicamentos, que participan en la regulación o modificación de
diversas funciones celulares, atraviesan la membrana celular a través de poros cuya
dimensión está en escala nanométrica. Gran cantidad de bacterias y virus son entidades que
por su tamaño se encuentran desde la escala micro hasta la escala nanométrica.
Dado todo lo anterior, no es extraño el encuentro entre la nanotecnología y las ciencias
biológicas para conformar en nuevo campo denominado nanobiotecnología.
Maria Gabriela Medina Maldonado
C.I. 16779553
CRF
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