Nanotecnoloxía

Representación animada dun nanotubo de carbono.

A nanotecnoloxía é a manipulación da materia a escala nanométrica. A máis temperá e difundida descrición da nanotecnoloxía refírese o obxectivo tecnolóxico particular de manipular en forma precisa os átomos e moléculas para a fabricación de produtos a macroescala, agora tamén referida como nanotecnoloxía molecular. Subsecuentemente unha descrición máis xeralizada da nanotecnoloxía foi establecida polo National Nanotechnology Initiative, no que define a nanotecnoloxía como a manipulación da materia de polo menos unha dimensión do tamaño de entre 1 a 100 nanómetros. Esta definición reflexa o feito de que os efectos mecánico cuánticos son importantes a esta escala do dominio cuántico e, así, a definición cambiou desde unha meta tecnolóxica particular a unha categoría de investigación incluíndo todos os tipos de investigación e tecnoloxías que teñen que ver coas propiedades especiais da materia que ocorren baixo certo limiar de tamaño. É común o uso da forma plural de "nanotecnoloxías" así como "tecnoloxías de nanoescala" para referirse ao amplo rango de investigacións e aplicacións cuxo tema en común é o seu tamaño. Debido á variedade de potenciais aplicacións (incluíndo aplicacións industriais e militares), os gobernos investiron miles de millóns de dólares en investigación da nanotecnoloxía. A través do seu programa National Nanotechnology Initiative, Estados Unidos investiu 3,7 mil millóns de dólares. A Unión Europea investiu 1,2 mil millóns e Xapón 750 millóns de dólares.

Nano é un prefixo grego que indica unha medida (10⁻⁹ = 0,000 000 001), non un obxecto; de xeito que a nanotecnoloxía caracterízase por ser un campo esencialmente multidisciplinar, e ligado exclusivamente pola escala da materia coa que se traballa.

A nanotecnoloxía definida polo tamaño é naturalmente un campo moi amplo, que inclúe diferentes disciplinas da ciencia tan diversas como a ciencia de superficies, química orgánica, bioloxía molecular, física dos semicondutores, microfabricación, etc. As investigacións e aplicacións asociadas son igualmente diversas, indo desde extensións da física dos dispositivos a novas aproximacións completamente novas baseadas no autoensamblaxe molecular, desde o desenvolvemento de novos materiais con dimensións na nanoescalas ao control directo da materia a escala atómica.

Hoxe en día os científicos están debatendo o futuro das implicacións da nanotecnoloxía. As súas funcións son moi diversas: empréganse para medir ou detectar, para inducir procesos físico-químicos, como compoñentes de múltiples dispositivos (p.ex pantallas de cristal líquido) etc. Así mesmo o seus campos de aplicación van desde á microelectrónica, á biomedicina (p.ex. nanocápsulas liberadoras de fármacos, nanobiosensores etc.) e produción de enerxía. Por outra banda, a nanotecnoloxía fai xurdir as mesmas preocupacións que calquera nova tecnoloxía, incluíndo preocupacións achega da toxicidade e o impacto ambiental dos nanomateriais, e os seus potenciais efectos na economía global, así como especulacións achega de varios escenarios apocalípticos. Estas preocupacións levaron ao debate entre varios grupos de defensa e gobernos sobre se se requireén regulacións especiais para a nanotecnoloxía.

Definición

A nanotecnoloxía comprende o estudo, deseño, creación, síntese, manipulación e aplicación de materiais, aparellos e sistemas funcionais a través do control da materia a nanoescala, así como a explotación de fenómenos e propiedades da materia a nanoescala. Cando se manipula a materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos e propiedades totalmente novas. Polo tanto, os científicos utilizan a nanotecnoloxía para crear materiais, aparellos e sistemas novedosos e pouco custosos con propiedades únicas.

Historia

Artigo principal: Historia da nanotecnoloxía.

O gañador do premio Nobel de Física de 1965, Richard Feynman, foi o primeiro en facer referencia ás posibilidades da nanociencia e a nanotecnoloxía nun discurso que deu no Instituto Tecnolóxico de California (Caltech) o 29 de decembro de 1959, titulado No fondo hai espazo dabondo (There's Plenty of Room at the Bottom), no que describe a posibilidade da síntese vía a manipulación directa dos átomos. O término "nanotecnoloxía" foi usado por primeira vez por Norio Taniguchi no ano 1974, aínda que isto non é ampliamente coñecido.

Comparacións dos tamaños dos nanomateriais.

Inspirado nos conceptos de Feynman, en forma independente K. Eric Drexler usou o termo "nanotecnoloxía" no seu libro do ano 1986 Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology (en galego: Motores da Creación: A Chegada da era da Nanotecnoloxía), no que propuxo a idea dun "ensamblador" a nanoescala que sería capaz de construír unha copia de si mesmo e doutros elementos de complexidade arbitraria cun nivel de control atómico. Tamén no ano 1986, Drexler co-fundou The Foresight Institute (en galego: O Instituto de Estudos Prospectivos), co cal xa non ten relación, para axudar a aumentar a conciencia e comprensión pública dos conceptos da nanotecnoloxía e as súas implicacións.

Así, o xurdimento da nanotecnoloxía como un campo na década de 1980 ocorreu pola converxencia do traballo teórico e público de Drexler, quen desenvolveu e popularizou un marco conceptual para a nanotecnoloxía, e os avances experimentais de alta visibilidade que atraeron atención adicional a ampla escala aos prospectos do control atómico da materia.

Por exemplo, a invención do microscopio de efecto túnel no ano 1981 proporcionou unha visualización sen precedentes dos átomos e enlaces individuais, e foi usado exitosamente para manipular átomos individuais no ano 1989. Os inventores deste microscopio Gerd Binnig e Heinrich Rohrer do IBM Zurich Research Laboratory (Laboratorio de Investigación de IBM en Zúric) recibiron o Premio Nobel de Física no ano 1986.

Buckminsterfulereno C₆₀, tamén coñecido como buckybola, é un membro representativo das estruturas de carbono coñecidas como fulerenos. Os membros da familia dos fulerenos son unha materia principal de investigación que cae baixo o interese da nanotecnoloxía.

Os fulerenos foron descubertos no ano 1985 por Harry Kroto, Richard Smalley e Robert Curl, quen en conxunto gañaron o Premio Nobel de Química do ano 1996 Inicialmente o C₆₀ non foi descrito como nanotecnoloxía; o termo foi utilizado en relación co traballo posterior cos tubos de grafeno relacionados (chamados nanotubos de carbono e algunhas veces tamén tubos bucky) o que suxería aplicacións potenciais para dispositivos e electrónica de nano escala.

A principios da década do 2000, este campo colleitou un incrementado interese científico, político e comercial que o levou tanto á controversia como ao progreso. As controversias xurdiron en relación ás definicións e potenciais implicacións das nanotecnoloxías, exemplificado polo informe da Royal Society achega da nanotecnoloxía. Os desafíos xurdiron da factibilidade das aplicacións imaxinadas polos proponentes da nanotecnoloxía molecular, que culminou nun debate público entre Drexler e Smalley nos anos 2001 e 2003.

Mentres tanto, a comercialización dos produtos baseados nos avances das tecnoloxías a nanoescala comezaron a xurdir. Estes produtos están limitados a aplicacións a granel dos nanomateriais e non involucran o control atómico da materia. Algúns exemplos inclúen á plataforma Nano Silver que utiliza nanopartículas de prata como un axente antibacterial, os protectores solares transparentes baseados en nanopartículas e dos nanotubos de carbono para teas resistentes ás manchas.

Os gobernos movéronse á promoción e o finanzamento da investigación en nanotecnoloxía, comezando por Estados Unidos coa súa iniciativa nanotecnolóxica nacional, que formalizou a definición da nanotecnoloxía baseada no tamaño e que creou un fondo de finanzamento para a investigación a nanoescala.

Para mediados da década do 2000 unha nova e sería atención científica comezou a florecer, emerxeron proxectos para producir unha folla de ruta para a nanotecnoloxía que se centraba na manipulación atómica precisa da materia e que discute as capacidades, metas e aplicacións existentes e proxectadas.

Outras persoas desta área foron Rosalind Franklin, James Dewey Watson e Francis Crick quen propuxo que o ADN era a molécula principal que xogaba un papel clave na regulación de todos os procesos do organismo, revelando a importancia das moléculas como determinantes nos procesos da vida.

Pero estes coñecementos foron máis aló, xa que con isto púidose modificar a estrutura das moléculas, como é o caso dos polímeros ou plásticos que hoxe en día atopamos nos nosos fogares. Pero hai que dicir que a este tipo de moléculas pódeselles considerar “grandes”.

Hoxe en día a medicina ten máis interese na investigación no mundo microscópico, xa que nel atópanse posiblemente as alteracións estruturais que provocan as enfermidades, e non hai que dicir das ramas da medicina que saíron máis beneficiadas como é a microbioloxía, inmunoloxía, fisioloxía; xurdiron tamén novas ciencias como a Enxeñaría xenética, que xerou polémicas sobre as repercusións de procesos como a clonación ou a euxenesia.

O desenvolvemento da nanociencia e a nanotecnoloxía en América Latina é relativamente recente, en comparación ao que ocorreu a nivel global. Países como México, Costa Rica, Arxentina, Venezuela, Colombia, Brasil e Chile contribúen a nivel mundial con traballos de investigación en distintas áreas da nanociencia e a nanotecnoloxía. Ademais, algúns destes países contan tamén con programas educativos a nivel licenciatura, mestría, posgrao e especialización na área.

Conceptos fundamentais

A nanotecnoloxía é a enxeñería de sistemas funcionais a escala molecular. Isto cobre tanto o actual traballo como conceptos que son máis avanzados. No seu sentido orixinal, a nanotecnoloxía refírese á habilidade proxectada para construír elementos desde o máis pequeno todo o máis grande, usando técnicas e ferramentas, que actualmente están a ser desenvolvidas, para construír produtos completos de alto desempeño.

Un nanómetro (nm) é a mil millonésima parte, ou 10⁻⁹, dun metro. Por comparación, as típicas lonxitudes de enlace carbono-carbono, ou o espazo entre estes átomos nunha molécula, están ao redor dos 0,12-0,15 nm e a dobre hélice dun ADN ten un diámetro de ao redor de 2 nm. Por outra banda, a forma de vida celular máis pequena, a bacteria do xénero Micoplasma, teñen ao redor de 200 nm de longo. Por convención, a nanotecnoloxía é medida no rango de escala de entre 1 a 100 nm de acordo á definición usada pola iniciativa nanotecnolóxica nacional en Estados Unidos. O límite inferior está dado polo tamaño dos átomos (o hidróxeno ten os átomos máis pequenos, que teñen un diámetro aproximado dun cuarto de nm) dado que a nanotecnoloxía debe fabricar os seus dispositivos a partir de átomos e moléculas. O límite superior é máis ou menos arbitrario pero atópase ao redor do tamaño en que fenómenos que non poden ser observados en estruturas máis grandes comezan a ser aparentes e poden ser usados no nanodispositivo. Estes novos fenómenos fan que a nanotecnoloxía sexa distinta dos dispositivos que son soamente versións miniaturizadas dun dispositivo macroscópico equivalente; tales dispositivos atópanse a unha escala máis grande e caen baixo a descrición de microtecnoloxía.

Véxase tamén

Outros artigos

• Nanociencia

Ligazóns Externas

• Plataforma Tecnolóxica Galega de Nanotecnoloxía
• Rede Galega de Nanotecnoloxía