“There is plenty of room at the bottom”. (Hay mucho lugar allí al fondo)

Con estas palabras, Richard P. Feynmann, Premio Nobel de Física dio inicio a una conferencia en una Universidad Norteamericana. Muchos creyeron que se les estaba invitando a acomodarse mejor en una sala llena de profesores y estudiantes.
Imagen de Alejandro Pino Uribe
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21 de Febrero, 2007 14:02
Con las palabras que sirven de encabezamiento a este artículo, Richard P. Feynmann, Premio Nobel de Física, considerado el padre de la nanotecnología inició una conferencia a mediados de la década de los noventa en una Universidad Norteamericana. Mucho creyeron que se les estaba invitando a acomodarse mejor en una sala llena de profesores y estudiantes.


El tema del Dr. Feynmann era, por decir lo menos, apasionante.
Yo lo descubrí hace solo dos años dado que como periodista, y muy en solitario, me he involucrado en lo científico más como una entretención que de manera especializada. Con el paso del tiempo he tenido la oportunidad de ser invitado a dar conferencias sobre este tema que, a insinuación de un amigo ingeniero, compilé con el título de “reflexiones futuristas”.
La Nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales, a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de sus fenómenos y propiedades.

Nos lleva a la posibilidad de fabricar materiales, máquinas e instrumentos a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.
Es como si cada átomo y molécula fueran los ladrillos para una nueva construcción.
La unidad de medida “Nano” es la mil millonésima parte de un metro.
Por su parte un micrón es la milésima parte de un milímetro.
Los dispositivos de memoria y de lógica en venta en 1985 tenían estructuras con componentes de aproximadamente un micrón de ancho.
Para 1995, momento de la aparición del Pentium, se habían alcanzado tamaños de más o menos un tercio de micrón, 350 nanómetros.
Ahora se trabaja ya en estructuras de 100 nanómetros, es decir, de un décimo de lo que se había logrado en 1985.
El nanómetro marca el límite de reducción a que podemos llegar cuando hablamos de objetos materiales. En un nanómetro caben cinco átomos.
Un globulo rojo mide 5.000 nanómetros
Las enzimas, hormonas, RNA y ADN, podemos compararlas con máquinas biológicas que, en nuestro organismo, cumplen funciones muy peculiares. Esas pequeñas máquinas son moléculas. Tienen un rango de tamaño de entre uno y varias decenas de nanómetros. Podemos llamarlas, con toda propiedad ¡nano máquinas! Están formadas por miles y decenas de miles de átomos.
Cada uno de esos miles de átomos tiene una ubicación exacta, definida con precisión por un diseño de ingeniería, de modo que el conjunto de esa nano maquinaria pueda funcionar correctamente.
Se trabaja sobre tamaños que no podemos ver, salvo que lo hagamos y manipulemos con un sofisticado equipo, que en castellano podemos traducir como “microscopio de efecto tunel”. Una molécula de ADN mide 2.5 nanómetros. Diez átomos de hidrógeno alineados uno tras otro tienen el largo de un nanómetro.
Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas.
¿Para que sirve la nanotecnología? Bueno se utiliza para crear materiales, aparatos, sistemas novedosos y de bajo costo, con propiedades únicas, algunas de las cuales tendrán mucho que ver con prolongar nuestra vida, curando enfermedades y previniendo otras, además de un desarrollo tecnológico difícil de dimensionar en este momento.
Cambios cuánticos:En la nano escala, donde rigen las leyes de la física cuántica, las sustancias ordinarias pueden presentar nuevas propiedades, como resistencia extraordinaria, cambios de color, incremento de la reactividad química o conductividad eléctrica, características que las mismas sustancias no tienen en escalas mayores.
Cambios cuantitativos: Con nanotecnología se pueden fabricar cosas "de abajo hacia arriba". Los átomos y las moléculas son los ladrillos de todo, desde un automóvil hasta un edificio. Al usar nanotecnología para fabricar "desde abajo" y evitar el procesamiento de materias primas, la cantidad requerida de éstas se puede reducir drásticamente.
Cambios cualitativos: La fusión entre la materia viva y la no viva en la nano escala, junto con el ensamblaje desde el nivel nanoscópico implica que haya nuevas plataformas de manufactura industrial que podrían ocasionar que la geografía, las materias primas tradicionales e incluso la fuerza de trabajo se volvieran irrelevantes.
El comportamiento de los materiales a una escala tan pequeña lo podemos graficar en algunos de ellos.
El carbono, en la forma de grafito (como en los lápices) es muy suave y maleable, pero en la nano escala puede ser más fuerte que el acero y seis veces más ligero.
El óxido de zinc, generalmente aparece blanco y opaco, pero en la nano escala se vuelve transparente.
El aluminio, del que están hechos los envases de varias bebidas, presenta combustión espontánea en la nano escala y por eso podría usarse como combustible para los cohetes.
"EL CABELLO HUMANO TIENE UN GROSOR DE 10 MIL NANÓMETROS".-

Veamos algunos aspectos prácticos de la Nanotecnología molecular.
Detector ultrasensible de proteínas y ADN: Que podría detectar enfermedades infeccionas y genéticas en sus primeras etapas, antes de que se conviertan en malignas o se extiendan.
Tiene dos ventajas, su precio relativamente bajo y su simplicidad.
Con su extraordinaria sensibilidad, puede detectar signos de enfermedad que pasarían desapercibidos para los dispositivos actuales.
Cada año, en los Estados Unidos, unos 100.000 pacientes que presentan síntomas similares a los de un infarto de miocardio son enviados de vuelta a sus casas, sin tratamiento, debido a que los métodos disponibles actualmente no pueden diagnosticar algunos infartos en su etapa inicial.
Un 20% de estas personas muere en un mes y para el resto el riesgo de sufrir un infarto de miocardio en el año venidero es elevadísimo.
Este nuevo dispositivo de Nanosphere, basado en nanopartículas de oro, detecta la proteína liberada durante un infarto de miocardio en concentraciones mil veces más pequeñas que las que pueden detectar los métodos actuales y, por tanto, puede ayudar a los médicos a diagnosticar y tratar dichos infartos.
Otros de los aspectos que se encuentran en etapa experimental son las máquinas biológicas que podrían transportar “nano robot” utilizando el torrente sanguíneo de venas arterias y hasta vasos capilares. Esto equivale a poder llevar las medicinas al lugar preciso donde se le necesita, evitando daños o efectos secundarios.
Una versión funcional del nanocoche podría transportar otras moléculas a lo largo de una ruta pre determinada o deshacerse de ellas a voluntad en un lugar específico.
Los nanotubos de carbono.
Han vivido con nosotros millones de años, nunca los pudimos ver y menos constatar su tremenda utilidad. Ya los hombres más antiguos que habitaban la tierra convivían con ellos sin enterarse de su existencia y menos de sus propiedades.
El año 1991: Sumio Lijima, (Laboratorio de Investigación fundamental de NEC en Tsukuba) descubre los nanotubos observando una mota de hollín. Desde ese momento en adelante muchas cosas comenzarían a cambiar.
Aún hoy se siguen investigando todas las aplicaciones que esta sencilla, pero a la vez compleja, estructura puede representar en el desarrollo futuro de elementos útiles para el hombre y sus afanes de progreso.
La vigilancia por pantallas de los aeropuertos podría ser mucho más fácil, si las cosas salen como planea el Prof. Michael Strano, de la Universidad de Illinois.
Este profesor, de química e ingeniería química, y sus alumnos han estado trabajando en una tecnología similar que utiliza unos sensores basados en nanotubos de carbono para detectar armas químicas.
Han sido capaces de detectar agentes químicos como los gases nerviosos VX y sarín a un nivel de 50 partes por trillón.
Una parte por trillón equivale a una gota de agua en una piscina del tamaño de un campo de fútbol y 13 metros de profundidad.
"Ahora nos vamos a centrar en los explosivos, que son más complicados", afirma Strano.
A escala “nano” estas frágiles estructuras de carbono tienen un comportamiento asombroso:
En resistencia a la tracción resisten 45 mil millones de pázcales.
El acero se rompe a los 2 millones de pázcales.
Se doblan y vuelven a su estado original sin deteriorarse. Los metales que conocemos incluyendo las fibras de carbono se fracturan ante intentos de esa naturaleza.
La capacidad de transporte de energía eléctrica es de mil millones de amperes por centímetro cuadrado.
El alambre de cobre se funde, aproximadamente, a un millón de amperes por centímetro cuadrado.
Incrustados en un material compuesto, los nanotubos disfrutan de enorme elasticidad y resistencia a la tracción.
Podrían emplearse en coches que reboten en un accidente o edificios que oscilen, en caso de terremoto, en lugar de agrietarse.

Dr: Charles Vest . Presidente emérito del MIT.
“La nanotecnología producirá la segunda revolución industrial” La nanotecnología molecular es un tema que debemos tomar en serio, de no hacerlo seremos sobrepasados, en ciencia y tecnología, más allá de lo imaginable.
Estados Unidos lidera la investigación nanotecnológica.
Ya el año 2004, 22 agencias gubernamentales involucradas en programas de investigación en esta área, gastaron 1.000 millones de dólares.
Estados Unidos presentó un plan estratégico para los próximos 10 años, consolidando la investigación nanotecnológica como un sector relevante para esa nación.
Invierten grandes cantidades de dinero en Investigación casi todos los países de la CEU (Comunidad económica Europea), destacando Alemania, España e Inglaterra, a ellas debemos agregar China, Japón, Corea del Sur y la India.
La salud indudablemente es beneficiada por la nanotecnología.
Se podrá detectar el cáncer en sus inicios, a escala de una molécula, y varios años antes que se produzcan los primeros síntomas. Se le podrá atacar en su etapa primaria, cuando no se puede ver o medir un tumor.
Podremos ingerir una gran cantidad de sensores nanométricos que se instalaran en diferentes partes de nuestro cuerpo, para monitorear todas las funciones de nuestros órganos vitales. Ellos nos avisaran tempranamente cuando algo anda mal, a una escala molecular. Ello nos daría varios años de ventaja antes de sentir el primer síntoma de una enfermedad.
Todo esto parece ciencia ficción o el producto de una mente afiebrada, pero antes de 15 años podemos vivir, parte importante, esta realidad.
Nanoparticulas magnéticas podrán aislar moléculas o cuerpos moleculares dañinos a nuestro organismo y eliminarlos.
BUCKYBALLS
En 1985, investigadores de la Universidad de Rice, EE.UU., observaron que condensando carbono vaporizado en un medio inerte, este formaba estructuras perfectamente redondas de 60 átomos, similares a una pelota de fútbol compuesta por paños hexagonales. Estas moléculas fueron bautizadas como buckyballs, y constituyen el descubrimiento más famoso en la corta historia de la nanotecnología, algo que les valió a los doctores Harold W. Kroto y Richard E. Smalley, el Premio Nóbel de Química 1996. Su utilidad práctica se encuentra en período de experimentación.
Un nuevo método permitirá detectar el cáncer de próstata por medio de un simple examen de orina, años antes que los controles habituales puedan descubrirlo.
No se necesitan biopsias ni exámenes invasivos de ninguna naturaleza.
La demanda de productos de nanotecnología para la salud en los Estados Unidos se prevée que se incremente casi el 50% por año hasta alcanzar los 6.5 miles de millones en 2009.
Estos aumentos serán liderados por la introducción de nuevos y mejoradas terapias para el sistema nervioso central y el cáncer basadas en tecnologías de solubilización.
Para 2020 la demanda de productos de nanotecnología para la salud se proyecta que exceda los 100.000 millones de dólares.
Estas y otras tendencias se presentan en un nuevo estudio: Nanotechnology in HealthCare, llevado a cabo por el Freedonia Group.
Salud y Nanobiotecnología: hay grandes expectativas en las áreas de prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Por ejemplo, además de los sensores y nanorobot mencionados anteriormente, podrán colocarse sondas nanoscópicas en un lugar determinado, para medir nuestro estado de salud las veinticuatro horas del día.
Se desarrollarán nuevas herramientas para luchar contra las enfermedades hereditarias mediante el análisis genético, y se podrán crear indicadores que detecten y destruyan, una a una, células cancerígenas.
Un equipo de investigadores trabajando en el MIT, Brigham y en el Hospital de Mujeres de Boston enlazaron las pequeñas partículas con dosis de quimioterapia, y cuando las inyectaron apuntaron sólo a las células cancerosas.
Los investigadores primero realizaron sus experimentos sobre células que crecieron en laboratorios y luego en ratones con tumores humanos de próstata, según el estudio publicado en la edición digital de los Proceedings of the National Academy of Sciences.
Una única inyección de nuestras nanopartículas erradicó completamente los tumores en cinco de los siete animales tratados y en el resto de los roedores también hubo una significativa reducción del tumor comparado con el (grupo de) control”, dijo el doctor Omid Farokhzad, profesor asistente en Brigham, el Hospital de Mujeres y la Harvard Medical School.
Según un artículo publicado el 16 de agosto de 2006 en Nanotechweb.org, investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, del Philips Medical Systems, del Bristol-Myers Squibb Medical Imaging y del Reactor de Investigaciones de la Universidad de Missouri, todos ellos en los EEUU, han utilizado nanopartículas para administrar un fármaco dirigido a las placas (ateromas) que se pueden formar en el flujo sanguíneo y que bloquean las arterias.
Las placas ateroscleróticas se forman debido a una acumulación de colesterol, células inflamatorias y tejido fibroso en el interior de la arteria.
Si la placa se rompe, sus fragmentos podrían desplazarse por el cuerpo y bloquear el riego sanguíneo, provocar turbulencias en el flujo lo que provoca coágulos al corazón o al cerebro, pudiendo causar un infarto o una apoplejía.
Las placas desarrollan su propia fuente de riego para crecer; para ello, generan pequeños vasos sanguíneos en la pared de la arteria que se comunican con la placa.
Fumagillin actúa contra las placas restringiendo el crecimiento de estos nuevos vasos sanguíneos.
Previamente habíamos comentado que podíamos visualizar las placas con nuestra tecnología de nanopartículas, pero por primera vez hemos demostrado que las nanopartículas también pueden dirigir un fármaco a una localización enferma en un organismo vivo, afirma Patrick Winter de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington.
El equipo unió nanopartículas paramagnéticas al fármaco fumagillin y a un componente que se pega a las células de los nuevos vasos sanguíneos en desarrollo, lo que hizo que las nanopartículas se concentrasen en el lugar deseado.
Las partículas se podían visualizar por resonancia magnética (MRI), lo que permitió a los médicos comprobar que el fármaco había llegado a la localización deseada, medir la cantidad que finalmente había llegado y hacer un seguimiento del progreso del tratamiento.
El fármaco fumagillin puede tener efectos secundarios neurocognitivos y dañar el cerebro en dosis elevadas” afirma Winter. La capacidad de las nanopartículas para concentrar el fármaco en el sitio enfermo permite reducir la dosis.
Esto podría abrir las puertas a muchos fármacos que no han sido aprobados por causar demasiados efectos secundarios a elevadas dosis.
Podría valer la pena volver sobre estos fármacos y averiguar si combinados con nanopartículas podrían ser eficaces en menores dosis, lo que los haría clínicamente útiles”.
Winter y sus colegas, cuyo trabajo se publicó en Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, utilizaron una dosis de fumagillin 50.000 veces menor que la utilizada en un estudio anterior y, a pesar de ello, el tratamiento redujo el crecimiento de los nuevos vasos sanguíneos de las placas en un 60-80%.
Ahora queremos estudiar las primeras fases de la enfermedad, en las que los pacientes no necesitan todavía una intervención inmediata para prevenir problemas cardíacos graves, afirma Winter.
Creemos que las nanopartículas combinadas con fumagillin se podrían incorporar en un protocolo que incluya estatinas para la reducción de lípidos o cambios dietéticos.
En definitiva, sería lato seguir mencionando otros aspectos que contiene la nanotecnología, hay algunos francamente negativos que será materia de un artículo futuro. Entretanto visualicemos lo bueno y positivo.
Un último comentario. Nuestro país está a años luz de esta conquista. Muchos profesionales nunca han escuchado hablar de nanotecnología molecular. He dado conferencias en el Centro de extensión de la Universidad Católica de Santiago, en Antofagasta, Talca, en la Universidad de La Serena, ante destacados profesionales que me han dicho que la palabra “nanotecnología molecular” les era desconocida. No es un delito no haberla escuchado o leído, pero bueno es que nos pongamos al día.
Estamos, como país, muy atrasados en Ciencia y Tecnología y la inversión no tiene relación con los miles de millones de dólares que se gastan en comprar tecnología ajena.
*Fotografía: Nano tubo de Carbono (Wikipedia.org)
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Un Comentario

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Imagen de john quiros giraldo

Excelente y fácil de

Excelente y fácil de comprender. Me propongo publicarlo, si no es problema, en una revista para técnicos electrónicos en Colombia. Naturalmente dando los respectivos créditos a su autor.

No importa que un técnico en audio y video tenga nada qué aportar a temas como estos, pero la cultura general del hombre y las personas que le rodean, debería ser bombardeada más con temas como este, que con películas de acción tipo Rambo o telenovelas mejicanas (con el debido respeto por los que trabajan en este tipo de sueños).

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