Nanotecnología seca y húmeda

Nanotecnología seca y húmeda

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 fenómenos y propiedades de la materia a nano escala. Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. La nanotecnología también es el desarrollo y la aplicación práctica de estructuras y sistemas en una escala nanométrica, esta hace referencia a un rango entre uno y cien nanómetros. Se reitera que “nano” es un prefijo griego que significa “mil millones”, por tanto, la Nanotecnología permite fabricar cosas a una mil millonésima parte de un metro. En la nanotecnología, la materia se manipula hasta llegar hasta su elemento más básico, el átomo. Esto es un avance lógico, inevitable en el transcurso del progreso humano.

Entrando en tema, una definición de diccionario menciona que la nanotecnología seca se deriva de la ciencia de superficies y química física, la nanotecnología seca se centra en la fabricación de estructuras de carbón, por ejemplo fullerenos y nanotubos, silicio y otros materiales inorgánicos. A diferencia de la “nanotecnología húmeda”, las técnicas “secas” permiten el uso de metales y semiconductores. Debido a sus electrones de conducción activa, estos materiales son excesivamente reactivos como para funcionar en un entorno “húmedo”. Pero esos mismos electrones proporcionan las propiedades físicas que resultan interesantes para aparatos electrónicos, magnéticos y ópticos. Un objetivo de estudios actuales es el desarrollo de estructuras secas que posean algunos de los mismos atributos de auto ensamblaje que las estructuras húmedas. En el lenguaje de difusión, la nanotecnología seca se emplea frecuentemente para referirse al diseño de dispositivos mecánicos diminutos pero tradicionales con pequeñas cantidades de átomos; en cambio la nanotecnología húmeda se emplea en ámbito de la división celular biológica y del ácido desoxirribonucleico.

Según el campo en el que se trabaje, la nanotecnología inicialmente se divide en cuatro áreas: (1) La nanotecnología húmeda, que se encuentra fundamentada en sistemas biológicos que existen en un entorno acuoso incluyendo material genético, membranas, encimas y otros componentes celulares. También se basa en organismos vivientes cuyas formas, funciones y evolución, son gobernados por las interacciones de estructuras de escalas nanométricas. (2) La denominada nanotecnología seca, que es la tecnología que se dedica a la fabricación de estructuras en carbón, silicio, materiales inorgánicos, metales y semiconductores. También está presente en la electrónica, magnetismo y dispositivos ópticos. (3) La fusión de la nanotecnología seca y húmeda constituye una de las últimas propuestas que tienden a usar una combinación de la nanotecnología húmeda y la nanotecnología seca. Una cadena de ácido desoxirribonucleico se programa para forzar moléculas en áreas muy específicas dejando que uniones covalentes se formen sólo en áreas muy específicas. Las formas resultantes se pueden manipular para permitir el control posicional y la fabricación de nanoestructuras. (4) En la nanotecnología computacional, se puede trabajar en el modelado y simulación de estructuras complejas de escala nanométrica. También se puede manipular átomos utilizando los nanomanipuladores controlados por computadoras.

La nanotecnología o tecnología de lo pequeño, conocida también como tecnología atómica o tecnología gris. Esta disciplina trabaja a escalas del orden de una milésima de millonésima de metro, y está enfocada a diseñar, controlar y modificar materiales orgánicos e inorgánicos, a través de la miniaturización de componentes a rangos del nivel de un submicrón hasta niveles de átomos individuales o moléculas. Con la nanotecnología se plantea en un futuro no muy lejano crear sistemas nanoscópicos que permitan ensamblar o autoensamblar estructuras moleculares usando como materia prima elementos del entorno, lo que ocasionará que a medida que se vaya reduciendo la escala de trabajo de los dispositivos, los efectos cuánticos serán cada vez más importantes. Por lo mencionado la nanotecnología se ha desplegado en tres grandes campos de investigación y desarrollo: La nanotecnología seca, la nanotecnología húmeda y la nanotecnología computacional.

La nanotecnología seca se deriva del estudio de la física de superficies y la fisicoquímica de materiales. Se emplea en la construcción de estructuras utilizando como materia prima átomos de carbono, silicio, óxidos metálicos y materiales inorgánicos, en el que se aprovecha la propiedad de los electrones de ser altamente reactivos en estos compuestos, sobre todo en ambientes húmedos, lo que los hace prometedores para la fabricación de dispositivos con capacidad de ensamble y autoensamble. Con base en las propiedades antes citadas existen las tecnologías de los nanotubos, que se aplican a la nanoelectrónica y nanomedicina, los cuales funcionan según el dopaje como aislantes, semiconductores o conductores eléctricos. También se aplica la nanotecnología seca en materiales criogénicos, en dispositivos opto-electrónicos, en construcción de dispositivos de estado sólido y en la construcción de ensambladores y auto-ensambladores moleculares para múltiples aplicaciones industriales. Un resumen apretado es que la “nanotecnología seca” tiene que ver con los usos químicos para modificar estructuras en carbón y en otros materiales inorgánicos.

Por su parte la nanotecnología húmeda cuenta con un desarrollo que está dirigido básicamente a la investigación de sistemas biológicos o vivientes que son gobernados a escala nanométrica, tales como el material genético, enzimas, hormonas, proteínas y componentes celulares en general. Se ha comenzado a producir nanomáquinas basadas en proteínas, al igual que el uso de material genético para formar enzimas, las cuales son de por sí máquinas capaces de construir o deshacer moléculas. Estas investigaciones se promueven en la dirección de crear circuitos y computadoras moleculares, al igual que promover nuevas disciplinas científicas de alto rango, tales como la nanobiotecnología y la nanobiología entre otras. Un resumen de la nanotecnología húmeda menciona que la misma es muy similar a la biotecnología, involucra la manipulación de enzimas y proteínas, de uso generalmente medicinal.

Para completar la clasificación se encuentra la nanotecnología computacional, en la misma se encuentran la computación cuántica y la computación orgánica o molecular, conocida también como computación del ácido desoxirribonucleico. Este tipo de nanotecnología abarca los campos de simulación y modelado de nanoestructuras complejas, como son nanocircuitos y nanotransistores, electrónica flexible y espintrónica. En síntesis la nanotecnología computacional involucra la creación de nanoestructuras para dispositivos de computadoras, estos podrían ser nanotransistores y otras variedades de dispositivos de tipo binario.

Combinando la nanotecnología seca y húmeda, por medio de técnicas nanométricas, se plantea la construcción de los ensambladores moleculares, que son máquinas moleculares que construyen o ensamblan de abajo arriba bloques de moléculas para formar productos. Por ejemplo, máquinas moleculares para tareas específicas o para repetir la misma función que su progenitor, que a su vez crearán otras mayores. Este proceso sigue hasta que las máquinas de ensamblaje configuren el producto final, utilizando como única materia prima cantidades amorfas de los átomos necesarios. Se plantea que estructuras como edificios sean construidos por nanorobots capaces de autorreplicarse, de tal manera que creen y ensamblen estructuras usando elementos del entorno. Lo que garantiza el uso racional de materia prima. Dicho principio sería aplicado a los alimentos, naves espaciales, vehículos, electrodomésticos, eliminación de residuos, drogas, órganos y tejidos artificiales, reparación del cuerpo humano desde adentro, reparación de la capa de ozono, entre otras.

Estos tipos de nanotecnología convergen en dos objetivos principales, el primero el control en la dinámica de los átomos y lo más espectacular, la auto duplicación. El primero aparenta ser obvio, si se está construyendo cosas a una escala atómica, se necesita tener precisión y control sobre cada átomo para lograr un producto exitoso. Esto significa que es posible colocar un átomo específico en el lugar que se quiera y en la posición que se requiera. La precisión con que se realiza esto se mide en angstroms, que equivale a diez elevado a la menos diez metros. Los métodos y herramientas para realizar esto se encuentran aún en discusión. La parte que se refiere a la duplicación es un poquito más compleja. La meta de la duplicación es ahorrar tiempo y dinero para que se tenga un dispositivo que clone tanto cosas como a sí mismo. Los ejemplos más cercanos se los tiene en el transportador y el duplicador de alimentos de la serie de ciencia ficción “viaje a las estrellas”. El procedimiento de este duplicador sería similar a la forma en la que lo hace la naturaleza, clonando diversos tipos de célula hasta formar algo. En el caso de la nanotecnología seca, podrían ser cosas que se autoformen de manera que conformen materiales nuevos o repliquen los ya conocidos. La nanotecnología computacional podría aplicarse en programas para crear tanto hardware como software, la forma de hacer esto todavía está en discusión. De todos modos la cuestión central es la manipulación de la biología y la química de tal manera que se pueda crear “en forma natural” la naturaleza que rodea al ser humano de acuerdo a las crecientes necesidades con las que cuenta a momento.

Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net/
Enero 10 de 2011

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