Aplicaciones de la nanotecnología

Las aplicaciones de la nanotecnología, comúnmente incorporan 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 no dañan el medio ambiente. Dado que las nanopartículas y los nanodispositivos son muy versátiles a través de la modificación de sus propiedades fisicoquímicas, se han encontrado usos en la electrónica a nanoescala, tratamientos contra el cáncer, vacunas, celdas de combustible de hidrógeno y baterías de nanografeno.

El uso de nanotecnología de materiales de tamaño más pequeño 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.

Aplicaciones industriales

Aplicaciones potenciales de los nanotubos de carbono

Los nanotubos pueden ayudar con el tratamiento del cáncer. Se ha demostrado que son asesinos de tumores efectivos en personas con cáncer de riñón o de mama. Los nanotubos de paredes múltiples se inyectan en un tumor y se tratan con un tipo especial de láser que genera radiación infrarroja cercana 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 sido capaces de reducir los tumores renales hasta en cuatro quintas partes.

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

Los nanotubos se muestran prometedores en el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. Podrían desempeñar un papel importante en la limpieza de los vasos sanguíneos. Teóricamente, los nanotubos con moléculas 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 nanotubos modificados 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. Se necesita más investigación para que este tratamiento se administre a humanos.

Los nanotubos pueden usarse en chalecos antibalas para futuros soldados. Este tipo de armadura sería muy resistente y muy eficaz para proteger los cuerpos de los soldados de los proyectiles y la radiación electromagnética. También es posible que los nanotubos en la armadura puedan desempeñar un papel en el control de las condiciones de los soldados.

Construcción

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

Al aplicar la nanotecnología, los materiales pueden adquirir una gama de nuevas propiedades. El descubrimiento de una nanoestructura cristalina altamente ordenada de gel CSH amorfo y la aplicación de tecnología de revestimiento y fotocatalizador 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. Entre los nuevos polímeros de nanoingeniería, se encuentran superplastificantes altamente eficientes para hormigón y fibras de alta resistencia con una capacidad excepcional de absorción de energía.

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

Debido a la complejidad del equipo, los nanomateriales tienen un alto costo en comparación con los materiales convencionales, lo que significa que no es probable que presenten materiales de construcción de gran volumen. 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. 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 aún más.

Nanoelectrónica

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. Por lo tanto, la nanoelectrónica puede ayudar a alcanzar el objetivo establecido en la ley de Moore, que predice la tendencia continua de reducción del 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. Dado que la longitud de onda de De Broglie en los semiconductores puede ser del orden de 100 nm, el efecto cuántico en esta escala de longitud se vuelve esencial. La física de los diferentes dispositivos y los efectos cuánticos novedosos de los electrones pueden dar lugar a interesantes aplicaciones.

Aplicaciones de salud

Nanobiotecnología

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 la nanotecnología.

Dado que gran parte 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 los entornos intercelulares e incluso intracelulares.

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

Las imágenes in vivo también son una parte clave de la nanomedicina, ya que las nanopartículas se pueden utilizar como agentes de contraste para técnicas de imagen comunes, como la tomografía computarizada (TC), la resonancia magnética nuclear (RMN) y la tomografía por emisión de positrones (PET). 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, pueden aplicarse en el estudio de la farmacocinética o el diagnóstico visual de enfermedades.

Aplicaciones energéticas

Las aplicaciones energéticas de la nanotecnología se relacionan con el uso del pequeño tamaño de las nanopartículas 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

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

Pilas de combustible de hidrógeno

La nanotecnología está permitiendo el uso de energía de hidrógeno a una capacidad mucho mayor. Las pilas de combustible de hidrógeno, si bien no son una fuente de energía en sí mismas, permiten almacenar energía de la luz solar y otras fuentes renovables de manera respetuosa con el medio ambiente y sin emisiones _de CO2. Algunos de los principales inconvenientes de las pilas de combustible de hidrógeno tradicionales son que son caras y no son lo suficientemente duraderas para usos comerciales. Sin embargo, mediante el uso de nanopartículas, tanto la durabilidad como el precio a lo largo del tiempo mejoran significativamente. Además, las celdas 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 dentro de los nanotubos de carbono para su almacenamiento a largo plazo.

Baterías de nanografeno

La nanotecnología está dando lugar a baterías de nanografeno que pueden almacenar energía de manera más eficiente y pesar menos. Las baterías de iones de litio han sido la principal tecnología de baterías 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 de calor y explosión. Las baterías de grafeno que se están probando en coches eléctricos experimentales han prometido capacidades 4 veces mayores que las baterías actuales con un coste un 77 % inferior. Además, las baterías de grafeno brindan ciclos de vida estables de hasta 250 000 ciclos, lo que permitiría que los vehículos eléctricos y los productos a largo plazo sean una fuente de energía confiable durante décadas.