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Las aplicaciones de la nanotecnología suelen incorporar usos industriales, medicinales y energéticos. Estos incluyen materiales de construcción más duraderos, administración de medicamentos terapéuticos y celdas de combustible de hidrógeno de mayor densidad que son amigables con el medio ambiente. Dado que las nanopartículas y los nanodispositivos son muy versátiles mediante la modificación de sus propiedades fisicoquímicas, han encontrado usos en la electrónica a nanoescala, tratamientos contra el cáncer, vacunas, pilas de combustible de hidrógeno y baterías de nanografeno. [1]

El uso de materiales de menor tamaño por parte de la nanotecnología permite el ajuste de moléculas y sustancias a nivel de nanoescala, lo que puede mejorar aún más las propiedades mecánicas de los materiales o permitir el acceso a áreas del cuerpo menos accesibles físicamente. [1] [2] [3]

Parte de una serie de artículos sobre la
Impacto de la
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Aplicaciones industriales [ editar ]

Aplicaciones potenciales de los nanotubos de carbono [ editar ]

Los nanotubos pueden ayudar con el tratamiento del cáncer. Se ha demostrado que son eficaces en la eliminación de tumores en personas con cáncer de riñón o de mama. [4] [5] Se inyectan nanotubos de paredes múltiples en un tumor y se tratan con un tipo especial de láser que genera radiación de infrarrojo cercano durante aproximadamente medio minuto. Estos nanotubos vibran en respuesta al láser y se genera calor. Cuando el tumor se ha calentado lo suficiente, las células tumorales comienzan a morir. Procesos como este han podido reducir los tumores renales hasta en cuatro quintas partes. [4]

Los materiales ultranegros, formados por “bosques” de nanotubos de carbono, son importantes en el espacio, donde hay más luz de la que es conveniente trabajar. El material ultrablack se puede aplicar a los sistemas de cámaras y telescopios para disminuir la cantidad de luz y permitir la captura de imágenes más detalladas. [6]

Los nanotubos son prometedores en el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. Podrían desempeñar un papel importante en la limpieza de los vasos sanguíneos. Teóricamente, los nanotubos con moléculas de SHP1i unidas a ellos indicarían a los macrófagos que limpien la placa en los vasos sanguíneos sin destruir ningún tejido sano. Los investigadores han probado este tipo de nanotubo modificado en ratones con grandes cantidades de acumulación de placa; los ratones que recibieron el tratamiento con nanotubos mostraron reducciones estadísticamente significativas en la acumulación de placa en comparación con los ratones del grupo placebo. [7] Se necesitan más investigaciones para administrar este tratamiento a los seres humanos.

Los nanotubos pueden usarse en armaduras corporales para futuros soldados. Este tipo de armadura sería muy fuerte y muy eficaz para proteger los cuerpos de los soldados de los proyectiles y la radiación electromagnética. También es posible que los nanotubos de la armadura desempeñen un papel a la hora de vigilar las condiciones de los soldados. [8] Los soldados con este tipo de armadura aparecen en el videojuego de disparos en primera persona Crysis .

Construcción [ editar ]

La capacidad de la nanotecnología para observar y controlar el mundo material a nivel nanoscópico puede ofrecer un gran potencial para el desarrollo de la construcción. La nanotecnología puede ayudar a mejorar la resistencia y durabilidad de los materiales de construcción, incluidos el cemento, el acero, la madera y el vidrio. [9]

Al aplicar la nanotecnología, los materiales pueden adquirir una serie de nuevas propiedades. El descubrimiento de una nanoestructura cristalina altamente ordenada de gel CSH amorfo y la aplicación de fotocatalizador y tecnología de recubrimiento dan como resultado una nueva generación de materiales con propiedades como resistencia al agua, propiedad de autolimpieza, resistencia al desgaste y protección contra la corrosión. [10] Entre los nuevos polímeros de nanoingeniería, existen superplastificantes altamente eficientes para hormigón y fibras de alta resistencia con una capacidad excepcional de absorción de energía. [10]

Los expertos creen que la nanotecnología permanece en su etapa de exploración y tiene potencial para mejorar materiales convencionales como el acero. [10] Comprender las nanoestructuras compuestas de dichos materiales y explorar las diferentes aplicaciones de los nanomateriales puede conducir al desarrollo de nuevos materiales con propiedades expandidas, como la conductividad eléctrica, así como la capacidad de detección de temperatura, humedad y tensión. [10]

Debido a la complejidad del equipo, los nanomateriales tienen un alto costo en comparación con los materiales convencionales, lo que significa que es poco probable que contengan materiales de construcción de gran volumen. [11] En casos especiales, la nanotecnología puede ayudar a reducir los costos de problemas complicados. Pero en la mayoría de los casos, el método tradicional de construcción sigue siendo más rentable. [11] Con la mejora de las tecnologías de fabricación, los costos de aplicar la nanotecnología en la construcción han ido disminuyendo con el tiempo y se espera que disminuyan más. [11]

Nanoelectrónica [ editar ]

La nanoelectrónica se refiere a la aplicación de la nanotecnología en componentes electrónicos. La nanoelectrónica tiene como objetivo mejorar el rendimiento de los dispositivos electrónicos en las pantallas y el consumo de energía mientras los reduce. [12] Por lo tanto, la nanoelectrónica puede ayudar a alcanzar el objetivo establecido en la ley de Moore , que predice la tendencia continua de reducir el tamaño de los circuitos integrados.

La nanoelectrónica es un área multidisciplinaria compuesta por física cuántica, análisis de dispositivos, integración de sistemas y análisis de circuitos. [13] Dado que la longitud de onda de De Brogile en los semiconductores puede ser del orden de 100 nm, el efecto cuántico en esta escala de longitud se vuelve esencial. [13] Las diferentes físicas de los dispositivos y los nuevos efectos cuánticos de los electrones pueden conducir a aplicaciones interesantes. [13]

Aplicaciones de salud [ editar ]

Nanobiotecnología [ editar ]

Los términos nanobiotecnología y bionanotecnología se refieren a la combinación de ideas, técnicas y ciencias de la biología y la nanotecnología. Más específicamente, la nanobiotecnología se refiere a la aplicación de objetos a nanoescala para la biotecnología, mientras que la bionanotecnología se refiere al uso de componentes biológicos en nanotecnología. [14]

La intersección más destacada de la nanotecnología y la biología se encuentra en el campo de la nanomedicina , donde el uso de nanopartículas y nanodispositivos tiene muchas aplicaciones clínicas en la administración de fármacos terapéuticos, el seguimiento de las condiciones de salud y el diagnóstico de enfermedades. [15] Dado que muchos de los procesos biológicos en el cuerpo humano ocurren a nivel celular, el pequeño tamaño de los nanomateriales permite que se utilicen como herramientas que pueden circular fácilmente dentro del cuerpo e interactuar directamente con entornos intercelulares e incluso intracelulares. Además, los nanomateriales pueden tener propiedades fisicoquímicas que difieren de su forma a granel debido a su tamaño [16]. permitiendo diversas reactividades químicas y efectos de difusión que se pueden estudiar y cambiar para aplicaciones diversificadas.

Una aplicación común de la nanomedicina es la administración de fármacos terapéuticos, donde las nanopartículas que contienen fármacos para el tratamiento terapéutico de enfermedades se introducen en el cuerpo y actúan como vasos que llevan los fármacos al área objetivo. Los recipientes de nanopartículas, que pueden estar hechos de componentes orgánicos o sintéticos, se pueden funcionalizar aún más ajustando su tamaño, forma, carga superficial y uniones superficiales (proteínas, revestimientos, polímeros, etc.). [17] La oportunidad de funcionalizar nanopartículas de esta manera es especialmente beneficiosa cuando se dirigen a áreas del cuerpo que tienen ciertas propiedades fisicoquímicas que impiden que el fármaco deseado llegue solo al área objetivo; por ejemplo, algunas nanopartículas pueden eludir la barrera hematoencefálicapara administrar medicamentos terapéuticos al cerebro. [18] Las nanopartículas se han utilizado recientemente en vacunas y tratamientos de terapia contra el cáncer. [19] [20]

Las imágenes in vivo también son una parte clave en la nanomedicina, ya que las nanopartículas se pueden usar como agentes de contraste para técnicas de imágenes comunes como la tomografía computarizada (TC), la resonancia magnética (MRI) y la tomografía por emisión de positrones (PET). [15] La capacidad de las nanopartículas para localizar y circular en células, tejidos u órganos específicos a través de su diseño puede proporcionar un alto contraste que da como resultado imágenes de mayor sensibilidad y, por lo tanto, puede ser aplicable en el estudio de la farmacocinética o el diagnóstico visual de enfermedades. [15] [17]

Aplicaciones energéticas [ editar ]

Las aplicaciones energéticas de la nanotecnología se relacionan con el uso de nanopartículas de pequeño tamaño para almacenar energía de manera más eficiente. Esto promueve el uso de energía renovable a través de la nanotecnología verde al generar, almacenar y usar energía sin emitir gases de efecto invernadero nocivos como el dióxido de carbono.

Células solares [ editar ]

Las nanopartículas utilizadas en las células solares están aumentando la cantidad de energía absorbida de la luz solar. [21] Las células solares se crean actualmente a partir de capas de silicio que absorben la luz solar y la convierten en electricidad utilizable. [22] Utilizando metales nobles como el oro recubierto sobre silicio, los investigadores han descubierto que pueden transformar la energía de manera más eficiente en corriente eléctrica. [22] Gran parte de la energía que se pierde durante esta transformación se debe al calor, sin embargo, al utilizar nanopartículas se emite menos calor, por lo que se produce más electricidad. [22]

Pilas de combustible de hidrógeno [ editar ]

La nanotecnología está permitiendo el uso de energía de hidrógeno a una capacidad mucho mayor. [23] Las pilas de combustible de hidrógeno, aunque no son una fuente de energía en sí mismas, permiten almacenar energía de la luz solar y otras fuentes renovables de forma respetuosa con el medio ambiente sin emisiones de CO2. [23]   Algunos de los principales inconvenientes de las pilas de combustible de hidrógeno tradicionales son que son caras y no lo suficientemente duraderas para usos comerciales, [24] sin embargo, mediante el uso de nanopartículas, tanto la durabilidad como el precio aumentan significativamente. [24] Además, las pilas de combustible convencionales son demasiado grandes para almacenarlas en volumen, pero los investigadores han descubierto que las nanocuchillas pueden almacenar mayores volúmenes de hidrógeno que luego se pueden guardar en el interior.nanotubos de carbono para almacenamiento a largo plazo. [24]

Baterías de nanografeno [ editar ]

La nanotecnología está dando lugar a baterías de nanografeno que pueden almacenar energía de manera más eficiente y pesar menos. [25] Las baterías de iones de litio han sido la tecnología de baterías principal en la electrónica durante la última década, pero los límites actuales de la tecnología dificultan la densificación de las baterías debido a los peligros potenciales del calor y las explosiones. [23] Las baterías de grafeno que se están probando en autos eléctricos experimentales han prometido capacidades 4 veces mayores que las baterías actuales con un costo un 77% menor. [25] Además, las baterías de grafeno proporcionan ciclos de vida estables de hasta 250.000 ciclos, [26] lo que permitiría a los vehículos eléctricos y productos a largo plazo una fuente de energía confiable durante décadas.

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b "Nanotecnología - 2ª edición" . www.elsevier.com . Consultado el 9 de abril de 2021 .
  2. ^ "Nanopartículas para aplicaciones biomédicas - 1ª edición" . www.elsevier.com . Consultado el 9 de abril de 2021 .
  3. ^ "Nanoelectrónica: una descripción general | Temas de ScienceDirect" . www.sciencedirect.com . Consultado el 9 de abril de 2021 .
  4. ^ a b Burke, Andrew; Ding, Xuanfeng; Singh, Ravi; Kraft, Robert A .; Levi-Polyachenko, Nicole; Rylander, Marissa Nichole; Szot, Chris; Buchanan, Cara; Whitney, Jon; Fisher, Jessica; Hatcher, Heather C. (4 de agosto de 2009). "Supervivencia a largo plazo tras un único tratamiento de tumores renales con nanotubos de carbono de paredes múltiples y radiación de infrarrojo cercano" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 106 (31): 12897–12902. Código Bibliográfico : 2009PNAS..10612897B . doi : 10.1073 / pnas.0905195106 . ISSN 1091-6490 . PMC 2722274 .  PMID  19620717 .
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  6. ^ "Los ingenieros del MIT desarrollan el material" negro más negro "hasta la fecha" . Noticias del MIT | Instituto de Tecnología de Massachusetts . Consultado el 10 de abril de 2021 .
  7. ^ [email protected], por Mandy Erickson Mandy Erickson es escritora científica en la Oficina de Comunicaciones. Envíele un correo electrónico a. "La nanoterapia reduce la acumulación de placa en las arterias del ratón" . Centro de noticias . Consultado el 10 de abril de 2021 .
  8. ^ "Nanotubos de carbono y la búsqueda de la armadura definitiva" . Nanowerk . Consultado el 10 de abril de 2021 .
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