martes, 10 de marzo de 2009

Desarrollo de la Nanotecnología

Comenzábamos a entender el advenimiento del siglo XXI y ya percibíamos en el horizonte los impactos que la Nanociencia y la Nanotecnología tendrían, actualmente estos términos se han convertido en dos palabras frecuentes, incluso el prefijo nano es empleado para llamar productos que utilizamos a diario y en las caricaturas suena este nombre de manera similar a la que tuvo la energía nuclear en sus días de gloria, vale la pena revisar algunos acontecimientos históricos que dieron pauta al nacimiento de lo que hoy conocemos con el nombre de Nanociencia y Nanotecnología.

Todo comenzó con el pensamiento de un hombre, el científico americano Richard Feynman que en 1959 origino mediante su famosa conferencia “There´s plenty of Room at the bottom” la idea de lo que se conocería como nanotecnología o maquinas moleculares. En esta conferencia Feynman habla sobre la posibilidad de manipular la materia átomo por átomo para el desarrollo de diversos materiales y dispositivos, dando el marco teórico con lo que retó a científicos a pensar sobre la construcción de dispositivos a escala atómica.

Posteriormente en 1974 se definió el termino Nanotecnología en un articulo publicado por el Profesor Norio Taniguchi de la Universidad de Ciencias de Tokio en el que definía a la Nanotecnología principalmente como la separación, consolidación y deformación de los materiales átomo por átomo o molécula por molécula.
La Nanotecnología requería evolucionar y para ello el desarrollo de herramientas que permitan la visualización y manipulación de la materia átomo por átomo fue trascendental, como fue el caso del microscopio de efecto túnel (STM) inventado en 1981 por Gerd Binnig y Heinrich Rohrer del laboratorio suizo de IBM. El STM es un microscopio no óptico que obtiene imágenes de los átomos sobre las superficies de los materiales, lo cual es importante para la comprensión de las propiedades eléctricas y topográficas de los materiales y el comportamiento de los dispositivos micro electrónicos. Al ser el STM un microscopio no óptico, este trabaja mediante la detección de fuerzas eléctricas con una sonda que gradualmente desciende a tan solo un átomo de distancia. La sonda en el STM barre la superficie a lo largo para generar una imagen. El electrón bombardea u oscurece, los átomos de los alrededores de la superficie produciendo irregularidades que son detectadas por la sonda y recibidas por un ordenador para generar una imagen mapa. A causa del efecto mecano cuántico conocido como efecto túnel los electrones pueden saltar entre la punta y la superficie. La resolución de la imagen esta en el orden de 1nm o menos.
A inicios de la década de los ochenta uno de los primeros desarrollos de la nanotecnología apareció, este puede ser atribuido a las investigaciones de dos diferentes laboratorios, uno es el laboratorio Bell encabezado por el Dr.Louis Brus y el otro por los Doctores Alexander Efros y A.I. Ekimov del instituto Yoffe en San Petersburgo (conocido entonces como Leningrado) en la ex Unión soviética. Los puntos cuánticos son cristales de materiales semiconductores estructurados a escala nanométrica. Originalmente se observo que soluciones de puntos cuánticos de diferentes tamaños (hechos del mismo material) poseían colores diferentes que son mostrados cuando se encuentran bajo luz UV. Después, estas diferencias ópticas fueron explotadas en nuevas aplicaciones como imagenología médica, láser y telecomunicaciones. En esta misma década otro descubrimiento tuvo lugar, los famosos fullerenos nombrados después Buckminster fuller. estos pueden tomar la forma de una esfera hueca, un elipsoide o un tubo. Los fullerenos esféricos son algunas veces llamados buckyballs, la variante de C60 es frecuentemente comparada con el clásico balón blanco y negro. A los fulerenos cilíndricos se les conoce como buckytubes. Los fullerenos son similares en estructura al grafito, el cual esta compuesto por una hoja de anillos hexagonales ligados entre si, pero ellos contienen anillos pentagonales (o algunas veces heptagonales) que evitan que la hoja sea plana. Entre las aplicaciones de estos se encuentran los cosméticos, fármacos, lubricantes automotrices especializados y electrónicos.Durante este mismo periodo la idea básica de la definición de nanotecnología fue explorada a mucha mayor profundidad por el Dr. Eric Drexler. El promovió el significativo fenómeno de la nanoescala y sus dispositivos a través de conferencias y los libros: Engine of Creation, The coming Era of Nanotechnology and Nanosystems, Molecular Machinery, Manufacturing and Computation, de esta forma el termino adquirió su sentido actual.

Para 1989, el científico Don Eigler de IBM se sorprendió al aprender que en adición a utilizar un STM para observar objetos diminutos podría también utilizarlo como un par de pinzas y mover objetos tan pequeños como un solo átomo. Ese año, el utilizo un STM para mover átomos individuales de gas Xenón que habían sido enfriados a temperaturas extremadamente bajas asi estos formaron la palabra “IBM” sobre una superficie de níquel, después utilizo el microscopio para capturar una imagen del logo microscopio y anuncio los resultados al mundo. Esta habilidad para posicionar átomos individuales con precisión ha conducido a nuevos descubrimientos. El equipo de Eigler subsecuentemente formo una pared de átomos de hierro para atrapar electrones y estudiar la forma en que ellos se comportan en espacios fuertemente estrechos.

A principios de los noventa los nanotubos de Carbono fueron descubiertos por Sumio Iijina quien trabajaba para Nec. Estos son esencialmente hojas enrolladas de grafito y pueden ser de capa sencilla o múltiple. Dependiendo de la forma que estén hechos, pueden ser conductores o semiconductores o además poseen potenciales aplicaciones en electrónicos, son cinco veces menos densos que el acero y cincuenta veces mas fuertes, poseyendo también aplicaciones en materiales compuestos como los utilizados en los parachoques de autos. Finalmente existen algunas aplicaciones en medicamentos para la liberación de fármacos.

En la actualidad podemos encontrar una gran cantidad de productos hechos mediante la utilización de la nanotecnología como los bronceadores, cosméticos, equipo deportivo (raquetas, pelotas de tenis, palos de golf), cera para autos, vendas y ropa con nanopartículas de plata y algunos dispositivos electrónicos como el Ipod Nano que incluyen componentes a la nanoescala.
Fuentes: Government Policy and Initiatives in Nanotechnology Worldwide 2007 and Nanoforum.org