Impacto de la nanotecnología

El impacto de la nanotecnología se extiende desde sus aplicaciones médicas, éticas, mentales, legales y ambientales hasta campos como la ingeniería, la biología, la química, la computación, la ciencia de los materiales y las comunicaciones.

Los principales beneficios de la nanotecnología incluyen mejores métodos de fabricación, sistemas de purificación de agua, sistemas de energía, mejora física, nanomedicina, mejores métodos de producción de alimentos, nutrición y autofabricación de infraestructura a gran escala. El tamaño reducido de la nanotecnología puede permitir la automatización de tareas que antes eran inaccesibles debido a restricciones físicas, lo que a su vez puede reducir los requisitos de mano de obra, tierra o mantenimiento impuestos a los humanos.

Los riesgos potenciales incluyen problemas ambientales, de salud y de seguridad; efectos de transición, como el desplazamiento de las industrias tradicionales a medida que los productos de la nanotecnología se vuelven dominantes, que preocupan a los defensores de los derechos de privacidad. Estos pueden ser particularmente importantes si se pasan por alto los posibles efectos negativos de las nanopartículas.

Si la nanotecnología merece una regulación gubernamental especial es un tema controvertido. Los organismos reguladores como la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos y la Dirección de Salud y Protección del Consumidor de la Comisión Europea han comenzado a abordar los riesgos potenciales de las nanopartículas. El sector de alimentos orgánicos ha sido el primero en actuar con la exclusión regulada de nanopartículas de ingeniería de los productos orgánicos certificados, primero en Australia y el Reino Unido, y más recientemente en Canadá, así como para todos los alimentos certificados según los estándares de Demeter International.

Visión general

La presencia de nanomateriales (materiales que contienen nanopartículas) no es en sí una amenaza. Solo ciertos aspectos pueden hacerlos riesgosos, en particular su movilidad y su mayor reactividad. Solo si ciertas propiedades de ciertas nanopartículas fueran dañinas para los seres vivos o el medio ambiente estaríamos ante un peligro real. En este caso se le puede llamar nanocontaminación.

Al abordar el impacto en la salud y el medio ambiente de los nanomateriales, debemos diferenciar entre dos tipos de nanoestructuras: (1) nanocompuestos, superficies nanoestructuradas y nanocomponentes (electrónicos, ópticos, sensores, etc.), donde las partículas a nanoescala se incorporan a una sustancia, material o dispositivo (nanopartículas “fijadas”); y (2) nanopartículas “libres”, donde en alguna etapa de la producción o uso están presentes nanopartículas individuales de una sustancia. Estas nanopartículas libres pueden ser especies de elementos a nanoescala, o compuestos simples, pero también compuestos complejos donde, por ejemplo, una nanopartícula de un elemento en particular está recubierta con otra sustancia (nanopartícula "recubierta" o nanopartícula "núcleo-envoltura").

Parece haber consenso en que, aunque uno debe ser consciente de los materiales que contienen nanopartículas fijas, la preocupación inmediata son las nanopartículas libres.

Las nanopartículas son muy diferentes de sus contrapartes cotidianas, por lo que sus efectos adversos no pueden derivarse de la toxicidad conocida del material de tamaño macro. Esto plantea problemas importantes para abordar el impacto en la salud y el medio ambiente de las nanopartículas libres.

Para complicar aún más las cosas, al hablar de nanopartículas es importante que un polvo o líquido que contenga nanopartículas casi nunca esté monodisperso, sino que contenga una variedad de tamaños de partículas. Esto complica el análisis experimental ya que las nanopartículas más grandes pueden tener propiedades diferentes a las de las más pequeñas. Además, las nanopartículas muestran una tendencia a agregarse y dichos agregados a menudo se comportan de manera diferente a las nanopartículas individuales.

Impacto en la salud

Los impactos en la salud de la nanotecnología son los posibles efectos que el uso de materiales y dispositivos nanotecnológicos tendrá sobre la salud humana. Dado que la nanotecnología es un campo emergente, existe un gran debate sobre hasta qué punto la nanotecnología beneficiará o representará riesgos para la salud humana. Los impactos de la nanotecnología en la salud se pueden dividir en dos aspectos: el potencial de las innovaciones nanotecnológicas para tener aplicaciones médicas para curar enfermedades y los riesgos potenciales para la salud que plantea la exposición a los nanomateriales.

Con respecto a la pandemia mundial actual, los investigadores, ingenieros y profesionales médicos están utilizando una colección extremadamente desarrollada de enfoques de nanociencia y nanotecnología para explorar las formas en que podría ayudar a las comunidades médica, técnica y científica a combatir la pandemia.

Aplicaciones médicas

La nanomedicina es la aplicación médica de la nanotecnología. Los enfoques de la nanomedicina van desde el uso médico de nanomateriales hasta biosensores nanoelectrónicos e incluso posibles aplicaciones futuras de nanotecnología molecular. La nanomedicina busca ofrecer un valioso conjunto de herramientas de investigación y dispositivos clínicamente útiles en un futuro próximo. La Iniciativa Nacional de Nanotecnología espera nuevas aplicaciones comerciales en la industria farmacéutica que pueden incluir sistemas avanzados de administración de fármacos, nuevas terapias e imágenes in vivo. Las interfaces neuroelectrónicas y otros sensores basados ​​en nanoelectrónica son otro objetivo activo de la investigación. Más adelante, el campo especulativo de la nanotecnología molecular cree que las máquinas de reparación celular podrían revolucionar la medicina y el campo médico.

La investigación en nanomedicina se financia directamente; en 2005, los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. financiaron un plan de cinco años para establecer cuatro centros de nanomedicina. En abril de 2006, la revista Nature Materials estimó que se estaban desarrollando en todo el mundo 130 fármacos y sistemas de administración basados ​​en nanotecnología. La nanomedicina es una gran industria, con ventas de nanomedicina que alcanzaron los $6.800 millones en 2004. Con más de 200 empresas y 38 productos en todo el mundo, se invierte un mínimo de $3.800 millones en investigación y desarrollo en nanotecnología cada año. A medida que la industria de la nanomedicina continúa creciendo, se espera que tenga un impacto significativo en la economía.

Riesgos para la salud

La nanotoxicología es el campo que estudia los riesgos potenciales para la salud de los nanomateriales. El tamaño extremadamente pequeño de los nanomateriales significa que el cuerpo humano los absorbe mucho más fácilmente que las partículas de mayor tamaño. El comportamiento de estas nanopartículas en el interior del organismo es una de las cuestiones importantes que hay que resolver. El comportamiento de las nanopartículas está en función de su tamaño, forma y reactividad superficial con el tejido circundante. Por ejemplo, podrían causar una sobrecarga en los fagocitos, células que ingieren y destruyen materia extraña, desencadenando reacciones de estrés que conducen a la inflamación y debilitan las defensas del cuerpo contra otros patógenos.

Aparte de lo que sucede si las nanopartículas no degradables o de degradación lenta se acumulan en los órganos, otra preocupación es su posible interacción con los procesos biológicos dentro del cuerpo: debido a su gran superficie, las nanopartículas, al exponerse a tejidos y fluidos, adsorberán inmediatamente en su superficie algunos de los las macromoléculas que encuentran. Esto puede, por ejemplo, afectar los mecanismos reguladores de las enzimas y otras proteínas. La gran cantidad de variables que influyen en la toxicidad significa que es difícil generalizar sobre los riesgos para la salud asociados con la exposición a los nanomateriales: cada nuevo nanomaterial debe evaluarse individualmente y deben tenerse en cuenta todas las propiedades del material. Los problemas de salud y medio ambiente se combinan en el lugar de trabajo de las empresas dedicadas a la producción o el uso de nanomateriales y en los laboratorios dedicados a la investigación en nanociencia y nanotecnología. Es seguro decir que los estándares actuales de exposición al polvo en el lugar de trabajo no se pueden aplicar directamente a los polvos de nanopartículas.

El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional ha llevado a cabo una investigación inicial sobre cómo las nanopartículas interactúan con los sistemas del cuerpo y cómo los trabajadores pueden estar expuestos a partículas de tamaño nanométrico en la fabricación o el uso industrial de nanomateriales. NIOSH actualmente ofrece pautas provisionales para trabajar con nanomateriales de acuerdo con el mejor conocimiento científico. En el Laboratorio Nacional de Tecnología de Protección Personal de NIOSH, se han realizado estudios que investigan la penetración del filtro de nanopartículas en respiradores certificados por NIOSH y marcados por la UE, así como en máscaras antipolvo no certificadas.Estos estudios encontraron que el rango de tamaño de partícula más penetrante estaba entre 30 y 100 nanómetros, y el tamaño de la fuga fue el factor más importante en la cantidad de nanopartículas encontradas dentro de los respiradores de los maniquíes de prueba.

Otras propiedades de los nanomateriales que influyen en la toxicidad incluyen: composición química, forma, estructura superficial, carga superficial, agregación y solubilidad, y la presencia o ausencia de grupos funcionales de otras sustancias químicas. La gran cantidad de variables que influyen en la toxicidad significa que es difícil generalizar sobre los riesgos para la salud asociados con la exposición a los nanomateriales: cada nuevo nanomaterial debe evaluarse individualmente y deben tenerse en cuenta todas las propiedades del material.

Las revisiones de la literatura han demostrado que la liberación de nanopartículas diseñadas y la exposición personal incurrida pueden ocurrir durante diferentes actividades laborales. La situación alerta a los organismos reguladores sobre la necesidad de estrategias y regulaciones de prevención en los lugares de trabajo de nanotecnología.

Impacto medioambiental

El impacto ambiental de la nanotecnología son los posibles efectos que el uso de materiales y dispositivos nanotecnológicos tendrá sobre el medio ambiente. Dado que la nanotecnología es un campo emergente, existe un debate sobre en qué medida el uso industrial y comercial de los nanomateriales afectará a los organismos y ecosistemas.

El impacto ambiental de la nanotecnología se puede dividir en dos aspectos: el potencial de las innovaciones nanotecnológicas para ayudar a mejorar el medio ambiente y el tipo posiblemente novedoso de contaminación que los materiales nanotecnológicos podrían causar si se liberan en el medio ambiente.

Aplicaciones ambientales

La nanotecnología verde se refiere al uso de la nanotecnología para mejorar la sostenibilidad ambiental de los procesos que producen externalidades negativas. También se refiere al uso de los productos de la nanotecnología para mejorar la sostenibilidad. Incluye la fabricación de nanoproductos ecológicos y el uso de nanoproductos en apoyo de la sostenibilidad. La nanotecnología verde ha sido descrita como el desarrollo de tecnologías limpias, "para minimizar los riesgos potenciales para el medio ambiente y la salud humana asociados con la fabricación y el uso de productos de nanotecnología, y para fomentar la sustitución de productos existentes por nuevos nanoproductos que sean más respetuosos con el medio ambiente en todo su ciclo vital."

La nanotecnología verde tiene dos objetivos: producir nanomateriales y productos sin dañar el medio ambiente o la salud humana, y producir nanoproductos que brinden soluciones a los problemas ambientales. Utiliza principios existentes de química verde e ingeniería verde para fabricar nanomateriales y nanoproductos sin ingredientes tóxicos, a bajas temperaturas utilizando menos energía e insumos renovables siempre que sea posible, y utilizando el pensamiento del ciclo de vida en todas las etapas de diseño e ingeniería.

Contaminación

Nanocontaminación es un nombre genérico para todos los desechos generados por nanodispositivos o durante el proceso de fabricación de nanomateriales. Los nanorresiduos son principalmente el grupo de partículas que se liberan al medio ambiente, o las partículas que se desechan cuando todavía están en sus productos.

Impacto social

Más allá de los riesgos de toxicidad para la salud humana y el medio ambiente asociados con los nanomateriales de primera generación, la nanotecnología tiene un impacto social más amplio y plantea desafíos sociales más amplios. Los científicos sociales han sugerido que los problemas sociales de la nanotecnología deben entenderse y evaluarse no simplemente como riesgos o impactos "posteriores". Más bien, los desafíos deben tenerse en cuenta en la investigación y la toma de decisiones "ascendentes" para garantizar el desarrollo de tecnología que cumpla con los objetivos sociales.

Muchos científicos sociales y organizaciones de la sociedad civil sugieren que la evaluación y la gobernanza de la tecnología también deberían incluir la participación pública. La exploración de la percepción de las partes interesadas también es un componente esencial en la evaluación de la gran cantidad de riesgo asociado con la nanotecnología y los productos relacionados con la nanotecnología.

En 2003 se concedieron más de 800 patentes relacionadas con la nanotecnología, y las cifras aumentaron a casi 19 000 a nivel internacional para 2012. Las corporaciones ya están obteniendo patentes de gran alcance sobre descubrimientos e invenciones a nanoescala. Por ejemplo, dos corporaciones, NEC e IBM, poseen las patentes básicas de los nanotubos de carbono, una de las piedras angulares actuales de la nanotecnología. Los nanotubos de carbono tienen una amplia gama de usos y parece que se convertirán en cruciales para varias industrias, desde la electrónica y la informática hasta materiales reforzados para la administración de fármacos y el diagnóstico.

Las nanotecnologías pueden proporcionar nuevas soluciones para millones de personas en países en desarrollo que carecen de acceso a servicios básicos, como agua potable, energía confiable, atención médica y educación. El Grupo de Trabajo de la ONU sobre Ciencia, Tecnología e Innovación de 2004 señaló que algunas de las ventajas de la nanotecnología incluyen la producción con poca mano de obra, tierra o mantenimiento, alta productividad, bajo costo y requisitos modestos de materiales y energía. Sin embargo, con frecuencia se plantea la preocupación de que los supuestos beneficios de la nanotecnología no se distribuirán de manera uniforme y que cualquier beneficio (incluidos los técnicos y/o económicos) asociado con la nanotecnología solo llegará a las naciones prósperas.

Las preocupaciones a más largo plazo se centran en el impacto que tendrán las nuevas tecnologías para la sociedad en general, y si estas podrían conducir a una economía posterior a la escasez o, alternativamente, exacerbar la brecha de riqueza entre las naciones desarrolladas y en desarrollo. Los efectos de la nanotecnología sobre la sociedad en su conjunto, sobre la salud humana y el medio ambiente, sobre el comercio, sobre la seguridad, sobre los sistemas alimentarios e incluso sobre la definición de "humano", no han sido caracterizados ni politizados.

Regulación

Existe un debate importante en relación con la cuestión de si la nanotecnología o los productos basados ​​en nanotecnología merecen una regulación gubernamental especial. Este debate está relacionado con las circunstancias en las que es necesario y apropiado evaluar nuevas sustancias antes de su liberación al mercado, la comunidad y el medio ambiente.

Los organismos reguladores como la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos y la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. o la Dirección de Salud y Protección del Consumidor de la Comisión Europea han comenzado a abordar los riesgos potenciales que plantean las nanopartículas. Hasta el momento, ni las nanopartículas artificiales ni los productos y materiales que las contienen están sujetos a ninguna regulación especial en cuanto a producción, manipulación o etiquetado. La hoja de datos de seguridad del material que se debe emitir para algunos materiales a menudo no diferencia entre el tamaño a granel y el tamaño a nanoescala del material en cuestión e incluso cuando lo hace, estas MSDS son solo orientativas. Los nuevos avances y el rápido crecimiento en el campo de la nanotecnología tienen grandes implicaciones, que a su vez darán lugar a regulaciones, en los sectores alimentarios y agrícolas tradicionales del mundo.

El etiquetado y la regulación limitados de la nanotecnología pueden exacerbar los posibles problemas de salud y seguridad humana y ambiental asociados con la nanotecnología. Se ha argumentado que el desarrollo de una regulación integral de la nanotecnología será vital para garantizar que los riesgos potenciales asociados con la investigación y la aplicación comercial de la nanotecnología no opaquen sus beneficios potenciales. La regulación también puede ser necesaria para cumplir con las expectativas de la comunidad sobre el desarrollo responsable de la nanotecnología, así como para garantizar que los intereses públicos se incluyan en la configuración del desarrollo de la nanotecnología.

En 2008, E. Marla Felcher, "La Comisión de Seguridad de Productos de Consumo y Nanotecnología", sugirió que la Comisión de Seguridad de Productos de Consumo, que se encarga de proteger al público contra los riesgos irrazonables de lesiones o muerte asociados con los productos de consumo, está mal equipada para supervisar la seguridad de productos complejos de alta tecnología fabricados con nanotecnología.