Nanociencia y nanotecnología: investigación, innovación y desarrollo

Nanociencia y nanotecnología: investigación, innovación y desarrollo Nanociencia y nanotecnología pueden ser consideradas como un resultado inevitable de la evolución del conocimiento y de la capacidad instrumental para explorar la composición, organización y comportamiento de la materia a nivel nanoescalar.Edgar González Edgar González. Docente e investigador Departamento de Física, Universidad Javeriana, Bogotá. Físico, Master en Física Teórica y candidato a Ph.D. Investigardor en áreas relacionadas con nanociencia y nanotecnología de nanoestructuras: síntesis, caracterización, propiedades físicas, y nuevos materiales, nanosensores, nanociencia y nanotecnología en el área de la salud. Artículo Publicado en revista Javeriana, www.javeriana.edu.co Fuente: Mirada Global on line, 05.09.2013La nanociencia y la nanotecnología pueden ser consideradas como un resultado inevitable de la evolución del conocimiento y de la capacidad instrumental para explorar la composición, organización y comportamiento de la materia a nivel nanoescalar. El prefijo “nano” hace referencia a escalas del orden de una milmillonésima parte de un metro. En esta escala tienen lugar muchos de los procesos que permiten que la materia se ensamble a partir de átomos y moléculas en estructuras que pertenecen al rango que ha sido referente para delimitar los objetos de estudio de la nanociencia (entre uno y cien nanómetros) han mostrado interesantes propiedades físicas y químicas, que no se observan en la materia a mayores escalas. Además de la composición, estas propiedades se hacen dependientes del número de átomos que conforman la estructura (pocos átomos pueden hacer la diferencia), de la forma y del área de la superficie (la cual resulta dominante sobre el volumen). La novedosas e interesantes propiedades de la materia a nivel nanoescalar han motivado un interés creciente en el estudio y desarrollo de nuevos materiales, dispositivos y sistemas con capacidad de autoensamblado, dentro de un contexto de imitación biológica. Eso abre una ruta de tránsito hacia potenciales aplicaciones en medicina, comunicaciones, computación, agro, industria automotriz, textil, electrónica y de la construcción, entre otras, así como soluciones a problemas relacionados con el medio ambiente, salud y energía, críticos para la sociedad. Nos esperan cambios importantes en la gestión del conocimiento, en las formas de trabajo científico y en las relaciones entre investigación, innovación y producción tecnológica. Entre 1999 y 2000, la nanotecnología cobra visibilidad como campo emergente crucial para trazar las políticas de desarrollo científico y tecnológico y se le reconoce como elemento responsable de una segunda revolución industrial. A partir de este período y en un contexto de capacidad de inversión y liderazgo, en algunos países se elaboran iniciativas para promover y financiar formación e investigación en nanociencia y nanotecnología, consideradas rutas estratégicas para evitar a mediano y largo plazo la pérdida de competitividad y desarrollo en materia de ciencia y tecnología. Una medida del grado de evolución de las iniciativas y participación de la infraestructura investigativa en este campo emergente puede ser realizada a partir de un análisis bibliométrico, que permite trazar los mapas de crecimiento en el número de publicaciones, así como la dispersión de la “nano” entre la diversas áreas del conocimiento. Se encuentra que el crecimiento en las publicaciones en nanociencia y nanotecnología se duplica aproximadamente cada cinco años. En el 2001, 30 mil publicaciones pueden ser catalogadas dentro del campo de la “nano” en el 2005, se registran 60 mil. Cabe mencionar además la creciente publicación de libros y aparición de revistas especializadas en nanociencia y nanotecnología, que gozan de un factor de impacto (medida que refleja el promedio del número de citaciones a artículos de una revista) sobresaliente. De las cincuenta revistas de nanociencia y nanotecnología se destacan, entre otras: Nature Nanotechnology (20.571), Nano Letters (10.370), Nano Today (8.795), Small (6.400), ACS Nano (5.472). Por otra parte, en respuesta a la naturaleza de unidad del conocimiento que caracteriza a la nanociencia, de las publicaciones especializadas se puede identificar una clara tendencia hacia el trabajo multidisciplinar en nanoescala. Es recurrente encontrar trabajos derivados de una participación conjunta de inverstigadores inscritos en áreas como química, física, biología, ciencias médicas, matemáticas, computación e ingeniería. Además se encuentra que “nano” tiene una concentración focal en la ciencia de materiales, que puede ser calificada como una macrodisciplina donde se favorece la integración del conocimiento con una estrecha interconexión con las ciencias naturales, médicas e ingeniería. En relación con la participación del sector productivo en el desarrollo de aplicaciones basadas en nanociencia y nanotecnología (que a nivel global corresponde a un 50 % respecto al 32% de universidades e institutos de investigación), los productos inventariados derivados de la nanotecnología muestran un crecimiento en los últimos cuatro años superior al 380%. De 54 productos “nano” en el 2005, se alcanzó una cifra de 1.015 productos en el 2009. Según la revista Fortune, la mayoría de las 500 empresas más grandes del mundo tienen inversiones en investigación y desarrollo nanotecnológico, en respuesta a las expectativas de un mercado cercano a los tres billones de dólares para el 2015. Los beneficios comerciales que se derivan de las potenciales aplicaciones nanotecnológicas han incrementado las solicitudesd de patentes, que en muchos casos bloquean amplias áreas de la nanotecnología y por el costo que representan favorecen monopolios de propiedad intelectual. Una de las más importantes patentes otorgadas en nanotecnología, referente a nanohilos de óxidos compuestos de metales, logró incluir 33 elementos de la tabla periódica con un abanico de aplicaciones que deja un espacio reducido para otras posibles solicitudes en esta área. Recordemos el caso del físico Glenn Seaborg, quien logró la patente de los elementos de la tabla periódica Americio y Curio. Además de la dinámica de patentes, el acelerado crecimiento en la comercialización de la nanotecnología ha planteado un importante debate en torno a la regulación y al uso responsable, frente al nivel de conocimiento sobre toxicidad e impacto ambiental que actualmente se posee sobre los materiales nanoestructurados que se están utilizando. Un caso particular es el uso generalizado de nanopartículas de plata, que por sus propiedades bactericidas son utilizadas para la elaboración de productos de cuidado personal, prendas y electrodoméscticos, por citar unos pocos. En el 2009, los productos basados en nanoestructuras de plata llegaban a 259, con 65 compañías de once países involucradas con el diseño y manufactura de estos productos. Frente a esta apresurada implementación y producción de productos derivados del boom de la silver nano, la prudencia exigiría la espera de resultados de las investigaciones orientadas a desvelar el ciclo completo de “vida” de la partícula, así como los causales de toxicidad cuando ésta se hace manifiesta. Por otra parte, cabe señalar que dentro de los numerosos beneficios que las nanopartículas de plata pueden proporcionar, sin un riesgo mayor al que presentan los amteriales convencionales, están el incremento en un 12% de la eficiencia de paneles solares, además de una reducción significativa en el costo de producción. Otro caso llamativo es el uso de nanoestructuras de carbono, que por sus novedosas propiedades se destacan como una fuente de riqueza fenomenológica y de atractivo para investigación y desarrollo. Sin lugar a dudas, la tecnología del carbono ocupará un puesto sobresaliente en las aplicaciones del futuro. Cuatro años atrás, cuando en nuestro grupo de nanociencia investigábamos los efectos citotóxicos de nanotubos de carbono en células tumorales como potenciales herramientas terapéuticas, un problema de gran importancia que se planteaba era el referente a la persistencia de estas entidades dentro del medio biológico una vez cumplida su tarea. Los nanotubos de carbono pueden llegar a ser altamente tóxicos y producir efectos contraproducentes en el hipotético caso de un futuro uso en seres humanos. Hoy sabemos, gracias a los resultados obtenidos por investigadores asociados al proyecto Nanoimmune (proyecto europeo financiado con 3.36 millones), que los nanotubos de carbono se pueden disolver con la acción de una enzima presente en los leucocitos. Esto podría resolver el problema de descomposición de estas entidades en el ambiente biológico y potenciar la posibilidad de implementación como agente terapéutico para el tratamiento del cáncer. Uno de los objetivos del desarrollo del milenio de la ONU para el 2015 contempla reducir en un 50% el número de habitantes con carencia de agua potable. Para alcanzar una meta de esta envergadura, se está acudiendo, entre otras soluciones, a la implementación de estrategias innovadoras con el uso de nanoestructuras, para remoción de contaminantes tales como el arsénico, el mercurio, pesticidas, bacterias, virus y sales. El uso de nanopartículas se está posicionando como una alternativa para la remoción eficiente de estos tipos contaminantes bióticos y abióticos. Así, por ejemplo, nanopartículas de óxido de titanio pueden degradar contaminantes orgánicos las partículas de plata pueden eliminar eficientemente contaminantes bacterianos nanofiltros hechos de nanotubos de carbono o membranas nanoestructuradas pueden crear barreras físicas que impiden el paso de sales disueltas en el agua o la eliminación de contaminantes bióticos (bacterias y virus). Así mismo, para la remoción de arsénico o petróleo pueden utilizarse nanopartículas magnéticas, que pueden ser fácilmente colectadas con campos magnéticos externos, y partículas de oro pueden ser utilizadas para la remoción del mercurio. Una vez evaluados los efectos de toxicidad y resueltas las estrategias de colección y reutilización de las nanopartículas, será posible aplicar en forma segura soluciones económicamente accesibles, que contribuyan a la remediación de recursos hídricos. Para asumir los retos de innovación y desarrollo de sistemas asistidos con nanomateriales que permitan afrontar la tarea de limpieza de aguas, se requiere con urgencia una participación activa de las instituciones universitarias y centros de investigación comprometidos con el medioambiente y el ecosistema. Las expectativas que genera la revolución nanoescalar, en especial el impacto que puede tener en el mejoramiento de las condiciones de vida en una sociedad del conocimiento, ha llevado a la nanotecnología a convertirse en una plataforma tecnológica, con agendas estratégicas de investigación propicias al desarrollo de iniciativas tecnológicas y capacidad de convocatoria a las organizaciones empresariales, instituciones de investigación y universidades, en torno a un objetivo común: innovación, desarrollo y competitividad. Podemos hablar de una apertura de ruta estratégica de investigación, innovación y desarrollo, donde se hace necesario involucrar una masa crítica de componentes de la sociedad para garantizar su dinámica y evolución. Un campo de gran impacto y motor estratégico de desarrollo que puede implementarse en nuestro país es la producción de nanomateriales (una de las áreas más activas de la nanociencia). La síntesis de nanoestructuras resulta muy accesible en infraestructura, así como pertinente para investigación y desarrollo interdisciplinar en ciencias e ingeniería. Los resultados obtenidos son de gran calidad y pueden atender un amplio número de áreas de investigación: sensores, nanomedicina, electrónica, industria textil y de la construcción, agro, medio ambiente, energía, etc. La fenomenología y trabajo teórico, experimental y computacional se nutre sustancialmente. Un gran número de publicaciones de alto impacto se vienen realizando sobre la producción, fincionalización, caracterización y aplicación de nanoestructuras. Este trabajo resulta inútil sin la fase de caracterización, la cual requiere desafortunadamente el uso de equipos de alto costo. Es en esta dirección donde se necesita aunar esfuerzos entre las diferentes instituciones académicas, para coordinar la inversión conjunta orientada a la adquisición de equipos de caracterización, asó como la prestación adecuada de mantenimiento y servicios con cobertura y eficiencia. Se hace urgente implementar la formación en pregrado y posgrado en nanociencia y nanotecnología. Se requiere la modernización y adecuación de algunas áreas del conocimiento e implementación en otras, junto con la producción de textos con la orientación y contenido adecuados. Ya estamos trabajando con el Grupo de Investigación de Nanopartículas del ICN en la elaboración de material para formación en posgrado en el área de nanoestructuras, producción, propiedades, caracterización y aplicaciones. De otra parte, se hace necesario incrementar en ingeniería la formación en química, biología, ciencia de fluidos y ciencia coloidal, áreas del conocimiento que junto con las ciencias físicas y matemáticas se están convirtiendo en fundamentales para una formación básica competente frente a los retos impuestos por la revolución nanoescalar.____________   

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