¿Qué es la nanotecnología y dónde se utiliza? ¿Cuáles son los usos cotidianos de la nanotecnología? Explicación con ejemplos de aplicaciones de la nanotecnología.
Para trabajar con nanomateriales, los científicos tenían que comprenderlos. En mecánica cuántica, las matemáticas se utilizan para predecir el comportamiento de unidades de energía y materia muy pequeñas y discretas. Los dos científicos más notables por la mecánica cuántica son Max Planck, quien aprendió que la luz está compuesta de «cuantos de energía» específicos en su famoso experimento de «cuerpo negro» en 1900, y Niels Bohr, quien usó la mecánica cuántica para explicar el funcionamiento del átomo en 1922.
Las teorías eran muy buenas, pero difíciles de probar excepto en experimentos donde se probó el comportamiento de sustancias. De hecho, Albert Einstein propuso la teoría cuántica en 1905. Unos sesenta años después, el volumen de datos experimentales sobre átomos es enorme.
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En 1981, los investigadores Gerd Binnig y Heinrich Rohrer levantaron el velo del misterio en el átomo al desarrollar el primer microscopio de barrido de túnel que trabajaba en el Laboratorio de Investigación de IBM en Zurich en Suiza. Este fue el primer microscopio que permitió a los científicos ver el átomo.
A finales del siglo XX aparecieron en el mercado las primeras aplicaciones comerciales de la nanotecnología.
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Medicina dirigida
La nanotecnología, que alguna vez fue el dominio de la ciencia ficción, ahora presagia una revolución potencial en la práctica de las drogas. En la antigua serie Star Trek, los médicos trataban a los pacientes casi con solo presionar un botón, pero hoy en día los médicos solo pueden administrar tratamientos que atacan las células portadoras de enfermedades. Los investigadores involucrados en el desarrollo de nanopartículas portadoras de fármacos dicen que los fármacos a nanoescala podrían proporcionar beneficios terapéuticos mucho mayores con muchos menos efectos secundarios.
La inyección de nanobarras que contienen oro para atacar solo las células cancerosas es solo una de las varias aplicaciones de la nanotecnología en la medicina. En el método en el que están trabajando actualmente investigadores del MIT y de la Universidad de California (San Diego y Santa Bárbara), las nanovarillas de oro son absorbidas por células sanguíneas sanas. Las células sanguíneas permeables en el tumor permiten que las nanovarillas entren en el tumor y se acumulen.
Láser infrarrojo; Provoca secreción de proteínas al calentar las células tumorales. Las moléculas de quimioterapia aplicadas después de algunas otras etapas se unen directamente a las células tumorales.
Por lo tanto, el tratamiento se aplica solo a las células cancerosas, no a todas las células. En otras palabras, se atacan las células cancerosas y se reducen los efectos secundarios.
Actualmente, se están realizando estudios sobre muchos productos que utilizan esta tecnología. Algunos de los productos que podrían llegar al mercado incluyen nanopartículas de bismuto que podrían hacer una gran mejora en la imagen de tumores, nanopartículas específicas que absorben radicales libres (un átomo inestable con un electrón desapareado que puede causar daño al cuerpo) durante la radioterapia, y terapia dirigida para tratar tumores de mama.
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Purificación de agua y aire
Parece que pronto habrá que sustituir el dicho «más grande, mejor» por «cuanto más pequeño, mejor», como ha demostrado la nanotecnología. Una de las diversas áreas de aplicación de la nanotecnología son los sistemas de purificación de agua y aire. Los investigadores están entusiasmados con los usos potenciales de estos sistemas, desde la prevención y detección de contaminación hasta la limpieza de áreas contaminadas.
Las membranas de nanotubos de carbono, que se ha descubierto que purifican el agua al mismo ritmo o más rápido que los filtros convencionales, se utilizan en algunos países, aunque sus poros son mucho más pequeños. La razón de los poros pequeños es probablemente porque son lisos por dentro. Las membranas de nanotubos de carbono eliminan casi cualquier cosa que contamine el agua, desde el aceite hasta las bacterias. Además, los sistemas de tratamiento de agua a nanoescala son más baratos y más fáciles de limpiar. Puede sonar como un anuncio de toallas de papel que se muestra en la televisión, pero estos sistemas, que están tejidos con alambres de óxido de manganeso y potasio muy pequeños, tienen 20 veces su peso en potencia de succión en aplicaciones de limpieza.
El oro, que se utiliza cada vez más, también puede desempeñar un papel importante en la nanotecnología para la purificación del aire. Profesor asociado de física y ciencias químicas, Universidad Tecnológica de Queensland. El Dr. Zhu Huai Yong dice que las nanopartículas de oro energizadas pueden destruir contaminantes en el aire, como los compuestos orgánicos volátiles. Para aprovechar esta posibilidad, el equipo de Yong está trabajando en una tecnología que combina oro con óxido de manganeso.
Sensores químicos y biológicos
¿Qué podría ser más útil para detectar explosivos que la nariz sensible de un perro bien entrenado? Ésta no es una pregunta capciosa. Desde que la primera empresa de nanotecnología comenzó a comercializar el producto (un robot que usa sistemas de nanotecnología) en 1997, los científicos han estado tratando de crear sensores químicos y biológicos muy sensibles. Para 2012, se estaban desarrollando o implementando muchos sensores, incluidos dispositivos a nanoescala capaces de detectar cantidades diminutas de la sustancia química objetivo. Ejemplos de estos dispositivos incluyen el sensor del Laboratorio Nacional de Oak Ridge que tiene como objetivo detectar explosivos, sustancias biológicas y narcóticas. En tan solo un minuto, las nanopartículas de oro que los investigadores de laboratorio han activado se modifican y cargan positivamente para que puedan interactuar e identificar contaminantes específicos como el perclorato o el uranio. Sin embargo, los métodos que se aplican en la actualidad requieren una laboriosa preparación de muestras y largos análisis de laboratorio.
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Limpieza de aceite y desechos tóxicos
Se sabe que el tricloroetileno (TCE), un desengrasante excelente, es un carcinógeno persistente cuando se mezcla con agua subterránea. Los enlaces de dos átomos de carbono y tres de cloro del compuesto se descomponen un millón de veces más rápido cuando se tratan con nanopartículas de oro y paladio en lugar de polvos de hierro. Además, las nanopartículas de oro y paladio rompen todos los enlaces, mientras que el hierro evita algunos, creando subproductos aún peores como el cloruro de vinilo. Debido a estos subproductos, el decapado con aire y la adsorción de carbono se utilizan a menudo para el TCE; es decir, se seca o se retira sin cambiar el TCE. Si las nanopartículas de oro y paladio tienen éxito, abrirán más de la mitad de los vertederos de desechos peligrosos Superfund en los EE. UU. Y ahorrarán miles de millones de dólares.
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Pantallas flexibles
¿Dejó caer su teléfono celular y rompió su pantalla? Eso no sucederá si las pantallas OLED flexibles se convierten en el estándar para los monitores. (OLED significa diodo emisor de luz orgánico) Los investigadores están explorando formas de crear pantallas OLED flexibles que no se agrieten ni se rompan cuando se doblan. Además, estas pantallas serán mucho más livianas, proporcionarán imágenes de alta resolución y requerirán menos energía, lo que permitirá que la batería del teléfono celular dure casi el doble. Gracias a las pantallas flexibles, los usuarios podrán enrollar o plegar sus dispositivos electrónicos; La pantalla tampoco se romperá cuando se le caiga el teléfono. M Para competir con las pantallas que se utilizan actualmente, los OLED deben ser altamente conductores, transparentes, flexibles y menos costosos. En un método, se utilizan nanocables de plata colocados sobre láminas de plástico. En otro método, se utilizan láminas metálicas de nanotubos de carbono. Estas láminas en V son extremadamente flexibles, altamente conductoras y transparentes. El grafeno, una hoja de carbono de un solo átomo de espesor, también se encuentra entre los materiales que se consideran utilizados para crear pantallas OLED. Se ha fabricado un OLED flexible en la Universidad de Arizona utilizando transistores avanzados de película delgada de óxido mixto. Samsung está trabajando en una versión OLED flexible que usa plástico, mientras que Sony está desarrollando una versión que usa transistores orgánicos.
La tecnología de pantalla OLED no es solo para computadoras portátiles; No solo se utilizará en teléfonos móviles y televisores. Aparte de eso, las pantallas plegables y plegables que se utilizarán como filtros en lentes de anteojos también funcionarán con fines de marketing y como folletos.
La empresa coreana de electrónica Samsung ha sido un fabricante líder de pantallas OLED desde 2004. También es el mayor poseedor de patentes para la tecnología OLED de matriz activa en el mundo.
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Asesinos de gérmenes
Los científicos han descubierto que las bacterias son mucho más inteligentes de lo que pensaban. Durante muchos años, los investigadores creyeron que las bacterias generalmente eran organismos desorganizados y errantes. Sin embargo, en 2005, muchas cepas de bacterias se habían vuelto resistentes a los antibióticos y los científicos habían descubierto que algunas bacterias se unían para formar biopelículas. Las bacterias ensambladoras se comunicaron químicamente y combatieron eficazmente las defensas del «huésped».
Afortunadamente, la nanotecnología en forma de nanopartículas específicas como el zinc y la plata es capaz de romper estas biopelículas. Los átomos de plata y zinc tienen una carga eléctrica única llamada potencial zeta. Es esta carga la que neutraliza la comunicación de bacterias sin crear oxidación corrosiva. Además, las nanopartículas también pueden actuar como una barrera para prevenir la contaminación bacteriana en el suelo, la tela y el agua.
La goma germicida nanométrica se está investigando actualmente para una amplia gama de microorganismos de importancia médica, incluidas bacterias y levaduras. Incluso pequeñas cantidades de plata, tan pequeñas como una parte por mil millones, pueden ser efectivas para inhibir el crecimiento de células de biopelícula.
Un ejemplo de estas aplicaciones germicidas es el tratamiento de playa dental, que en realidad es una biopelícula. Otras aplicaciones potenciales incluyen controlar o prevenir la formación de biopelículas en lentes de contacto, catéteres urinarios e implantes de articulaciones, así como capas protectoras en corazones artificiales y stents.
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Tejido reductor de olores
¿Te avergüenzan tus calcetines malolientes? Las nanopartículas de plata superan el olor. Visualice calcetines y ropa de algodón que eviten los malos olores. Investigadores del Centro de Investigación Regional del Sur, administrado por los Servicios de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU., Están trabajando en métodos para prevenir el crecimiento de microbios en la tela de algodón. El método, que utiliza partículas de plata que varían en tamaño de dos a seis nanómetros, se puede aplicar a todas las telas de algodón, incluidos calcetines y camisetas. (La plata actúa como catalizador y tiene un efecto germicida).
Tejido bloqueador UV
Resulta que los socorristas que se frotan la nariz con óxido de zinc para evitar quemaduras solares tienen razón. El óxido de titanio, una sustancia blanca como la tiza, actúa como el óxido de zinc al reflejar los rayos del sol y es un material importante en las telas que no transmiten luz ultravioleta (UV). El óxido de titanio, que está encapsulado en nanopartículas, aumenta la capacidad del usuario para proteger la piel del usuario de los rayos ultravioleta del sol cuando se aplica a la tela. Hoy en día, se recomienda cubrir el cuerpo y aplicar protector solar protector para reducir la exposición a los dañinos rayos UV.
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Vidrio autolimpiante
Los edificios comerciales modernos están rodeados de vidrio en los cuatro lados, lo que significa que hay muchas ventanas que deben limpiarse. Afortunadamente, la nanotecnología ha encontrado una solución en forma de vidrio autolimpiante. Pilkington Glass presentó el primer vidrio autolimpiante en 2001. Desde entonces, otros lo han seguido, pero la técnica utilizada es la misma en todos. El vidrio está cubierto con una fina película de dióxido de titanio, que reacciona con la luz solar para eliminar la suciedad. Dado que el revestimiento de la superficie permite que el agua se esparza uniformemente sobre la superficie, la lluvia lava completamente la suciedad sin dejar rastros. Dado que la autolimpieza requiere dos etapas separadas, debe usarse en un lugar que reciba tanto la luz del sol como la lluvia.
Tejido impermeable y resistente a las manchas.
¿Se acabarán alguna vez las lavadoras y secadoras? Esto es posible con la nanotecnología. Investigadores y empresas están produciendo tejidos con una impermeabilización y una resistencia a las manchas muy mejoradas gracias a los nanoprocesos.
Dos empresas que crean productos basados en esta tecnología se inspiran en la naturaleza. Al darse cuenta de que las pequeñas esferas en la hoja de loto repelen el agua y la suciedad, Shoeller Technologies creó una tecnología de nanoesferas que se puede aplicar a las telas para imitar esta capacidad.
La inspiración para la tecnología de nanofuzz de Nano-Tex en Oakland, California, es el melocotón. El tejido a nanoescala de esta tecnología está cubierto de finos pelos que levantan los líquidos del tejido.
Las aplicaciones de telas impermeables y a prueba de manchas no se limitan a la ropa. Este es solo el comienzo. Las empresas ya han recurrido a muchas más aplicaciones.
Imagina que los muebles, las cortinas y todo lo que hay en tu armario están hechos de este material. Las cortinas polvorientas y la tapicería de automóviles sucia serán historia. Adiós a la colada también.
