Las aplicaciones de la nanotecnología suelen incluir usos industriales, medicinales y energéticos. Entre ellas se incluyen materiales de construcción más duraderos, administración de fármacos terapéuticos y pilas de combustible de hidrógeno de mayor densidad que son respetuosas con el medio ambiente. Dado que las nanopartículas y los nanodispositivos son muy versátiles mediante la modificación de sus propiedades fisicoquímicas, se han utilizado en la electrónica a nanoescala, los tratamientos contra el cáncer, las vacunas, las pilas de combustible de hidrógeno y las baterías de nanografeno. [1]
El uso de materiales de menor tamaño en la nanotecnología permite el ajuste de moléculas y sustancias a nivel nanométrico, lo que puede mejorar aún más las propiedades mecánicas de los materiales o permitir el acceso a áreas del cuerpo menos accesibles físicamente. [1] [2] [3]
Los nanotubos pueden ayudar en el tratamiento del cáncer. Se ha demostrado que son eficaces para eliminar tumores en pacientes con cáncer de riñón o de mama. [4] [5] Se inyectan nanotubos de múltiples paredes en un tumor y se tratan con un tipo especial de láser que genera radiación infrarroja cercana durante aproximadamente medio minuto. Estos nanotubos vibran en respuesta al láser y se genera calor. Cuando el tumor se ha calentado lo suficiente, las células tumorales comienzan a morir. Procesos como este han podido reducir los tumores renales hasta en cuatro quintas partes. [4]
Los materiales ultranegros, compuestos por “bosques” de nanotubos de carbono, son importantes en el espacio, donde hay más luz de la que resulta conveniente para trabajar. El material ultranegro se puede aplicar a sistemas de cámaras y telescopios para reducir la cantidad de luz y permitir la captura de imágenes más detalladas. [6]
Los nanotubos son prometedores en el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. Podrían desempeñar un papel importante en la limpieza de los vasos sanguíneos. En teoría, los nanotubos con moléculas SHP1i unidas a ellos enviarían señales a los macrófagos para que limpiaran la placa de los vasos sanguíneos sin destruir ningún tejido sano. Los investigadores han probado este tipo de nanotubo modificado en ratones con grandes cantidades de acumulación de placa; los ratones que recibieron el tratamiento con nanotubos mostraron reducciones estadísticamente significativas en la acumulación de placa en comparación con los ratones del grupo placebo. [7] Se necesitan más investigaciones para administrar este tratamiento a humanos.
Los nanotubos podrían utilizarse en los chalecos antibalas de los futuros soldados. Este tipo de armadura sería muy resistente y muy eficaz para proteger el cuerpo de los soldados de los proyectiles y la radiación electromagnética. También es posible que los nanotubos de la armadura pudieran desempeñar un papel en el control del estado de los soldados. [8]
La capacidad de la nanotecnología para observar y controlar el mundo material a escala nanoscópica puede ofrecer un gran potencial para el desarrollo de la construcción. La nanotecnología puede ayudar a mejorar la resistencia y durabilidad de los materiales de construcción, incluidos el cemento, el acero, la madera y el vidrio. [9]
Mediante la aplicación de la nanotecnología, los materiales pueden adquirir una serie de nuevas propiedades. El descubrimiento de una nanoestructura cristalina altamente ordenada de gel CSH amorfo y la aplicación de tecnología de fotocatalización y recubrimiento dan como resultado una nueva generación de materiales con propiedades como resistencia al agua, propiedad de autolimpieza, resistencia al desgaste y protección contra la corrosión. [10] Entre los nuevos polímeros nanotecnológicos, hay superplastificantes altamente eficientes para hormigón y fibras de alta resistencia con una capacidad excepcional de absorción de energía. [10]
Los expertos creen que la nanotecnología aún se encuentra en su etapa de exploración y tiene potencial para mejorar materiales convencionales como el acero. [10] La comprensión de las nanoestructuras compuestas de dichos materiales y la exploración de las diferentes aplicaciones de los nanomateriales pueden conducir al desarrollo de nuevos materiales con propiedades expandidas, como la conductividad eléctrica y la capacidad de detectar la temperatura, la humedad y el estrés. [10]
Debido a la complejidad de los equipos, los nanomateriales tienen un costo elevado en comparación con los materiales convencionales, lo que significa que no es probable que se utilicen en materiales de construcción de gran volumen. [11] En casos especiales, la nanotecnología puede ayudar a reducir los costos de los problemas complicados. Pero en la mayoría de los casos, el método tradicional de construcción sigue siendo más rentable. [11] Con la mejora de las tecnologías de fabricación, los costos de aplicar la nanotecnología en la construcción han ido disminuyendo con el tiempo y se espera que disminuyan aún más. [11]
La nanoelectrónica se refiere a la aplicación de la nanotecnología en componentes electrónicos. La nanoelectrónica tiene como objetivo mejorar el rendimiento de los dispositivos electrónicos en cuanto a pantallas y el consumo de energía, al mismo tiempo que los reduce. [12] Por lo tanto, la nanoelectrónica puede ayudar a alcanzar el objetivo establecido en la Ley de Moore , que predice la tendencia continua de reducción del tamaño de los circuitos integrados.
La nanoelectrónica es un área multidisciplinaria compuesta por física cuántica, análisis de dispositivos, integración de sistemas y análisis de circuitos. [13] Dado que la longitud de onda de De Broglie en los semiconductores puede ser del orden de 100 nm, el efecto cuántico en esta escala de longitud se vuelve esencial. [13] Las diferentes físicas de dispositivos y los nuevos efectos cuánticos de los electrones pueden dar lugar a aplicaciones interesantes. [13]
Los términos nanobiotecnología y bionanotecnología se refieren a la combinación de ideas, técnicas y ciencias de la biología y la nanotecnología. Más específicamente, la nanobiotecnología se refiere a la aplicación de objetos a escala nanométrica para la biotecnología, mientras que la bionanotecnología se refiere al uso de componentes biológicos en la nanotecnología. [1]
La intersección más destacada de la nanotecnología y la biología se encuentra en el campo de la nanomedicina , donde el uso de nanopartículas y nanodispositivos tiene muchas aplicaciones clínicas en la administración de fármacos terapéuticos, el control de las condiciones de salud y el diagnóstico de enfermedades. [14] Dado que gran parte de los procesos biológicos del cuerpo humano ocurren a nivel celular, el pequeño tamaño de los nanomateriales permite que se utilicen como herramientas que pueden circular fácilmente dentro del cuerpo e interactuar directamente con entornos intercelulares e incluso intracelulares. Además, los nanomateriales pueden tener propiedades fisicoquímicas que difieren de su forma a granel debido a su tamaño, [15] lo que permite variar las reactividades químicas y los efectos de difusión que se pueden estudiar y cambiar para aplicaciones diversificadas.
Una aplicación común de la nanomedicina es la administración de fármacos terapéuticos, donde las nanopartículas que contienen fármacos para el tratamiento terapéutico de enfermedades se introducen en el cuerpo y actúan como vasos que administran los fármacos al área objetivo. Los vasos de nanopartículas, que pueden estar hechos de componentes orgánicos o sintéticos, pueden funcionalizarse aún más ajustando su tamaño, forma, carga superficial y uniones superficiales (proteínas, recubrimientos, polímeros, etc.). [2] La oportunidad de funcionalizar nanopartículas de estas formas es especialmente beneficiosa cuando se apunta a áreas del cuerpo que tienen ciertas propiedades fisicoquímicas que impiden que el fármaco deseado llegue solo al área objetivo; por ejemplo, algunas nanopartículas pueden eludir la barrera hematoencefálica para administrar fármacos terapéuticos al cerebro. [16] Las nanopartículas se han utilizado recientemente en tratamientos de terapia contra el cáncer y vacunas. [17] [18] [19] [20] Los nanorobots magnéticos han demostrado capacidades para prevenir y tratar bacterias resistentes a los antimicrobianos. Se ha propuesto la aplicación de implantes nanomotores para lograr una desinfección completa de la dentina. [21] [22]
La obtención de imágenes in vivo también es una parte clave de la nanomedicina, ya que las nanopartículas se pueden utilizar como agentes de contraste para técnicas de obtención de imágenes comunes, como la tomografía computarizada (TC), la resonancia magnética (RM) y la tomografía por emisión de positrones (PET). [14] La capacidad de las nanopartículas para localizarse y circular en células, tejidos u órganos específicos a través de su diseño puede proporcionar un alto contraste que da como resultado imágenes de mayor sensibilidad y, por lo tanto, puede ser aplicable en el estudio de la farmacocinética o el diagnóstico de enfermedades visuales. [14] [2]
Las aplicaciones energéticas de la nanotecnología se relacionan con el uso del pequeño tamaño de las nanopartículas para almacenar energía de manera más eficiente. Esto promueve el uso de energía renovable a través de la nanotecnología verde al generar, almacenar y utilizar energía sin emitir gases de efecto invernadero nocivos como el dióxido de carbono.
Las nanopartículas utilizadas en las células solares están aumentando la cantidad de energía absorbida de la luz solar. [23]
La nanotecnología está permitiendo el uso de la energía del hidrógeno a una capacidad mucho mayor. [24] Las células de combustible de hidrógeno, si bien no son una fuente de energía en sí mismas, permiten almacenar energía de la luz solar y otras fuentes renovables de una manera respetuosa con el medio ambiente y sin emisiones de CO2 . [ 24] Algunas de las principales desventajas de las células de combustible de hidrógeno tradicionales son que son caras y no lo suficientemente duraderas para usos comerciales. [25] Sin embargo, al utilizar nanopartículas, tanto la durabilidad como el precio a lo largo del tiempo mejoran significativamente. [25] Además, las células de combustible convencionales son demasiado grandes para almacenarlas en gran volumen, pero los investigadores han descubierto que las nanocuchillas pueden almacenar mayores volúmenes de hidrógeno que luego se pueden guardar dentro de nanotubos de carbono para almacenamiento a largo plazo. [25]
La nanotecnología está dando lugar a baterías de nanografeno que pueden almacenar energía de forma más eficiente y pesar menos. [26] Las baterías de iones de litio han sido la principal tecnología de baterías en electrónica durante la última década, pero los límites actuales de la tecnología dificultan la densificación de las baterías debido a los peligros potenciales del calor y la explosión. [24] Las baterías de grafeno que se están probando en coches eléctricos experimentales han prometido capacidades 4 veces mayores que las baterías actuales con un coste un 77% menor. [26] Además, las baterías de grafeno proporcionan ciclos de vida estables de hasta 250.000 ciclos, [27] lo que permitiría a los vehículos eléctricos y a los productos a largo plazo una fuente de energía fiable durante décadas.