Las aplicaciones de la nanotecnología , comúnmente incorporan usos industriales, medicinales y energéticos. Estos 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, han encontrado usos en electrónica a nanoescala, tratamientos contra el cáncer, vacunas, pilas de combustible de hidrógeno y baterías de nanografeno. [1]
El uso de materiales de menor tamaño por parte de la nanotecnología permite el ajuste de moléculas y sustancias a nivel de nanoescala, lo que puede mejorar aún más las propiedades mecánicas de los materiales o otorgar 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 matar tumores en personas con cáncer de riñón o de mama. [4] [5] Se inyectan nanotubos de paredes múltiples 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 de riñón hasta en cuatro quintas partes. [4]
Los materiales ultranegros, formados por “bosques” de nanotubos de carbono, son importantes en el espacio, donde hay más luz de la que conviene trabajar. Se puede aplicar material ultranegro a sistemas de cámaras y telescopios para disminuir la cantidad de luz y permitir capturar 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 adheridas indicarían a los macrófagos que limpien la placa en los vasos sanguíneos sin destruir ningún tejido sano. Los investigadores han probado este tipo de nanotubos modificados 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 de placebo. [7] Se necesita más investigación para que este tratamiento se pueda administrar a humanos.
Los nanotubos podrían usarse en chalecos antibalas para futuros soldados. Este tipo de armadura sería muy fuerte y muy eficaz para proteger los cuerpos de los soldados de proyectiles y radiación electromagnética. También es posible que los nanotubos de la armadura desempeñen un papel en el seguimiento de las condiciones de los soldados. [8]
La capacidad de la nanotecnología para observar y controlar el mundo material a nivel nanoscópico 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 fotocatalizadores y tecnología de recubrimiento dan como resultado una nueva generación de materiales con propiedades como resistencia al agua, propiedades de autolimpieza, resistencia al desgaste y protección contra la corrosión. [10] Entre los nuevos polímeros de nanoingeniería, existen superplastificantes altamente eficientes para el 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] Comprender las nanoestructuras compuestas de dichos materiales y explorar las diferentes aplicaciones de los nanomateriales puede conducir al desarrollo de nuevos materiales con propiedades ampliadas, como la conductividad eléctrica, así como capacidades de detección de temperatura, humedad y tensión. [10]
Debido a la complejidad del equipo, los nanomateriales tienen un coste elevado en comparación con los materiales convencionales, lo que significa que no es probable que utilicen materiales de construcción de gran volumen. [11] En casos especiales, la nanotecnología puede ayudar a reducir los costos de 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 más. [11]
La nanoelectrónica se refiere a la aplicación de la nanotecnología a componentes electrónicos. La nanoelectrónica tiene como objetivo mejorar el rendimiento de los dispositivos electrónicos en las pantallas y el consumo de energía, al 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 los dispositivos y los novedosos 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 nanoescala para la biotecnología, mientras que la bionanotecnología se refiere al uso de componentes biológicos en la nanotecnología. [1]
La intersección más destacada entre la nanotecnología y la biología se encuentra en el campo de la nanomedicina , donde el uso de nanopartículas y nanodispositivos tiene muchas aplicaciones clínicas para la administración de fármacos terapéuticos, el seguimiento de condiciones de salud y el diagnóstico de enfermedades. [14] Dado que gran parte de los procesos biológicos en el 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 masiva debido a su tamaño, [15] lo que permite variar las reactividades químicas y los efectos de difusión que pueden estudiarse y modificarse 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 entregan los fármacos al área objetivo. Los recipientes de nanopartículas, que pueden estar hechos de componentes orgánicos o sintéticos, se pueden funcionalizar aún más ajustando su tamaño, forma, carga superficial y uniones superficiales (proteínas, recubrimientos, polímeros, etc.). [2] La oportunidad de funcionalizar las nanopartículas de esta manera es especialmente beneficiosa cuando se dirige a áreas del cuerpo que tienen ciertas propiedades fisicoquímicas que impiden que el fármaco previsto llegue solo al área objetivo; por ejemplo, algunas nanopartículas pueden sortear la barrera hematoencefálica para administrar fármacos terapéuticos al cerebro. [16] Las nanopartículas se han utilizado recientemente en vacunas y tratamientos terapéuticos contra el cáncer. [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 profunda de la dentina. [21] [22]
Las imágenes in vivo también son una parte clave de la nanomedicina, ya que las nanopartículas se pueden utilizar como agentes de contraste para técnicas de imágenes comunes como la tomografía computarizada (CT), la resonancia magnética (MRI) 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 visual de enfermedades. [14] [2]
Las aplicaciones energéticas de la nanotecnología se relacionan con el uso del pequeño tamaño de nanopartículas para almacenar energía de manera más eficiente. Esto promueve el uso de energía renovable a través de 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 pilas de combustible de hidrógeno, aunque no son una fuente de energía en sí mismas, permiten almacenar energía procedente de la luz solar y otras fuentes renovables de forma respetuosa con el medio ambiente y sin emisiones de CO 2 . [24] Algunos de los principales inconvenientes de las pilas 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 mejoran significativamente con el tiempo. [25] Además, las pilas de combustible convencionales son demasiado grandes para almacenarlas en volumen, pero los investigadores han descubierto que las nanohojas pueden almacenar mayores volúmenes de hidrógeno que luego pueden guardarse dentro de nanotubos de carbono para su almacenamiento a largo plazo. [25]
La nanotecnología está dando lugar a baterías de nanografeno que pueden almacenar energía de manera 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 de calor y explosión. [24] Las baterías de grafeno que se están probando en automóviles eléctricos experimentales han prometido capacidades 4 veces mayores que las baterías actuales y un costo 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 productos a largo plazo una fuente de energía confiable durante décadas.