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 informática, la ciencia de los materiales y las comunicaciones.
Los principales beneficios de la nanotecnología incluyen métodos de fabricación mejorados, sistemas de purificación de agua, sistemas energéticos, mejoras físicas , nanomedicina , mejores métodos de producción de alimentos, nutrición y autofabricación de infraestructuras a gran escala. [1] 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 cuestiones ambientales, de salud y de seguridad; efectos transicionales como el desplazamiento de las industrias tradicionales a medida que los productos de la nanotecnología se vuelven dominantes, que preocupan a los defensores del derecho a la 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. 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 diseñadas de productos orgánicos certificados, primero en Australia y el Reino Unido , [2] y más recientemente en Canadá , así como para todos los alimentos certificados según los estándares de Demeter International [ 3]
La presencia de nanomateriales (materiales que contienen nanopartículas ) no es en sí misma una amenaza. Sólo ciertos aspectos pueden hacerlos peligrosos, en particular su movilidad y su mayor reactividad. Sólo si determinadas propiedades de determinadas nanopartículas fueran perjudiciales para los seres vivos o el medio ambiente nos enfrentaríamos a un verdadero peligro. En este caso se le puede llamar nanocontaminación.
Al abordar el impacto de los nanomateriales en la salud y el medio ambiente, 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 “fijas”); y (2) nanopartículas “libres”, donde en alguna etapa de la producción o uso están presentes nanopartículas individuales de una sustancia. Estas nanopartículas libres podrían ser especies de elementos a nanoescala o compuestos simples, pero también compuestos complejos en los que, por ejemplo, una nanopartícula de un elemento particular está recubierta con otra sustancia (nanopartícula "recubierta" o nanopartícula "núcleo-cubierta").
Parece haber consenso en que, aunque se debe tener en cuenta los materiales que contienen nanopartículas fijas, la preocupación inmediata son las nanopartículas libres.
Las nanopartículas son muy diferentes de sus homólogas cotidianas, por lo que sus efectos adversos no pueden derivarse de la conocida toxicidad del material de tamaño macro. Esto plantea cuestiones importantes a la hora de abordar el impacto medioambiental y sanitario 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 sea 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 más pequeñas. Además, las nanopartículas muestran una tendencia a agregarse, y dichos agregados a menudo se comportan de manera diferente a las nanopartículas individuales.
Los impactos de la nanotecnología en la salud son los posibles efectos que el uso de materiales y dispositivos nanotecnológicos tendrá en la salud humana . Como la nanotecnología es un campo emergente, existe un gran debate sobre hasta qué punto la nanotecnología beneficiará o planteará 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 de tener aplicaciones médicas para curar enfermedades y los posibles riesgos para la salud que plantea la exposición a nanomateriales .
En lo que respecta a la actual pandemia mundial, investigadores, ingenieros y profesionales médicos están utilizando una colección extremadamente desarrollada de enfoques de nanociencia y nanotecnología para explorar las formas en que podrían ayudar a las comunidades médica, técnica y científica a combatir la pandemia. [4]
La nanomedicina es la aplicación médica de la nanotecnología . [5] Los enfoques de la nanomedicina van desde el uso médico de nanomateriales hasta biosensores nanoelectrónicos e incluso posibles aplicaciones futuras de la nanotecnología molecular . La nanomedicina busca ofrecer un valioso conjunto de herramientas de investigación y dispositivos clínicamente útiles en un futuro próximo. [6] [7] 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 . [8] 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 Estados Unidos financiaron un plan quinquenal para establecer cuatro centros de nanomedicina. En abril de 2006, la revista Nature Materials estimó que en todo el mundo se estaban desarrollando 130 fármacos y sistemas de administración basados en nanotecnología. [9] La nanomedicina es una gran industria, cuyas ventas alcanzaron los 6.800 millones de dólares en 2004. Con más de 200 empresas y 38 productos en todo el mundo, cada año se invierte un mínimo de 3.800 millones de dólares en investigación y desarrollo en nanotecnología . [10] A medida que la industria de la nanomedicina continúa creciendo, se espera que tenga un impacto significativo en la economía.
La nanotoxicología es el campo que estudia los posibles riesgos 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. Cómo se comportan estas nanopartículas dentro del organismo es una de las cuestiones importantes que deben resolverse. El comportamiento de las nanopartículas es función de su tamaño, forma y reactividad superficial con el tejido circundante. Por ejemplo, podrían provocar una sobrecarga de los fagocitos , células que ingieren y destruyen materias extrañas, desencadenando así reacciones de estrés que provocan inflamación y debilitan las defensas del organismo contra otros patógenos.
Aparte de lo que sucede si las nanopartículas no degradables o lentamente degradables 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, inmediatamente adsorberán en su superficie parte de las macromoléculas que encuentran. Esto puede, por ejemplo, afectar los mecanismos reguladores de enzimas y otras proteínas. El gran número 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 cuestiones de salud y medioambientales se combinan en el lugar de trabajo de las empresas dedicadas a la producción o utilización 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 de Seguridad y Salud Ocupacional ha realizado una investigación inicial sobre cómo las nanopartículas interactúan con los sistemas del cuerpo y cómo los trabajadores podrían estar expuestos a partículas de tamaño nanométrico en la fabricación o el uso industrial de nanomateriales. Actualmente, NIOSH ofrece pautas provisionales para trabajar con nanomateriales consistentes con el mejor conocimiento científico. [11] En el Laboratorio Nacional de Tecnología de Protección Personal de NIOSH, se han realizado estudios que investigan la penetración de nanopartículas en los filtros de respiradores certificados por NIOSH y con marca de la UE , así como en máscaras contra el polvo no certificadas. [12] 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. [13] [14]
Otras propiedades de los nanomateriales que influyen en la toxicidad incluyen: composición química, forma, estructura superficial, carga superficial, agregación y solubilidad, [15] y la presencia o ausencia de grupos funcionales de otras sustancias químicas. [16] El gran número de variables que influyen en la toxicidad significa que es difícil generalizar sobre los riesgos para la salud asociados con la exposición a 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 pueden ocurrir durante diferentes actividades laborales. [17] [18] [19] La situación alerta a los organismos reguladores para que necesiten estrategias y regulaciones de prevención en los lugares de trabajo de nanotecnología.
El impacto ambiental de la nanotecnología son los posibles efectos que tendrá el uso de materiales y dispositivos nanotecnológicos en el medio ambiente . [20] Como la nanotecnología es un campo emergente, existe un debate sobre hasta qué punto el uso industrial y comercial de 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 posible tipo novedoso de contaminación que los materiales nanotecnológicos podrían causar si se liberan al medio ambiente.
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 productos de 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 nanotecnológicos, y para fomentar la sustitución de los productos existentes por nuevos nanoproductos que sean más respetuosos con el medio ambiente durante toda su vida útil". ciclo vital ." [21]
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 los principios existentes de química e ingeniería verdes [22] 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.
Nanocontaminación es un nombre genérico para todos los residuos generados por los nanodispositivos o durante el proceso de fabricación de los nanomateriales . Los nanorresiduos son principalmente el grupo de partículas que se liberan al medio ambiente, o las partículas que se desechan cuando aún están en sus productos.
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 "descendentes". Más bien, los desafíos deberían tenerse en cuenta en la investigación y la toma de decisiones "preliminares" para garantizar un desarrollo tecnológico que cumpla con los objetivos sociales [23]
Muchos científicos sociales y organizaciones de la sociedad civil sugieren que la evaluación y la gobernanza de la tecnología también deberían implicar la participación pública. La exploración de la percepción de las partes interesadas también es un componente esencial para evaluar la gran cantidad de riesgo asociado con la nanotecnología y los productos nanorelacionados. [24] [25] [26] [27] [28]
En 2003 se concedieron más de 800 patentes relacionadas con la nanoescala, y en 2012 la cifra aumentó a casi 19.000 a nivel internacional. [29] Las empresas ya están obteniendo patentes de amplio alcance sobre descubrimientos e invenciones a nanoescala. Por ejemplo, dos corporaciones, NEC e IBM , poseen las patentes básicas sobre los nanotubos de carbono , una de las piedras angulares actuales de la nanotecnología. Los nanotubos de carbono tienen una amplia gama de usos y parecen destinados a convertirse en cruciales para varias industrias, desde la electrónica y la informática hasta los materiales reforzados y la administración de fármacos y el diagnóstico. [ cita necesaria ]
Las nanotecnologías pueden proporcionar nuevas soluciones para los millones de personas de los países en desarrollo que carecen de acceso a servicios básicos, como agua potable, energía confiable, atención médica y educación. El Grupo de Trabajo de las Naciones Unidas sobre Ciencia, Tecnología e Innovación de 2004 señaló que algunas de las ventajas de la nanotecnología incluyen la producción que utiliza 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 equitativamente y que cualquier beneficio (incluidos los técnicos y/o económicos) asociado con la nanotecnología sólo llegará a las naciones ricas. [30]
Las preocupaciones a más largo plazo se centran en el impacto que las nuevas tecnologías tendrán para la sociedad en general y en si 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 en la sociedad en su conjunto, en la salud humana y el medio ambiente, en el comercio, en la seguridad, en los sistemas alimentarios e incluso en la definición de "humano" no han sido caracterizados ni politizados.
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.
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 materia de producción, manipulación o etiquetado. La Hoja de Datos de Seguridad del Material que debe emitirse para algunos materiales a menudo no diferencia entre el tamaño a granel y a nanoescala del material en cuestión e incluso cuando lo hace, estas MSDS son solo de asesoramiento. Los nuevos avances y el rápido crecimiento en el campo de la nanotecnología tienen grandes implicaciones, que a su vez conducirán a regulaciones en los sectores tradicionales de alimentación y agricultura del mundo, en particular la invención de envases inteligentes y activos, nanosensores, nanopesticidas, y nanofertilizantes. [31]
El etiquetado y la regulación limitados de la nanotecnología pueden exacerbar posibles problemas de salud y seguridad humana y ambiental asociados con la nanotecnología. [32] 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 eclipsen sus beneficios potenciales. [33] También puede ser necesaria una regulación para satisfacer 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. [34]
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 , encargada de proteger al público contra riesgos irrazonables de lesiones o muerte asociados con los productos de consumo, no está preparada para supervisar la seguridad de productos complejos y de alta tecnología fabricados con nanotecnología. [35]