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Nombres: - ALVAREZ MORÓN, José María

- AQUIJE ROJAS, Juan José - CARDENAS TAIPE, Shelsy Mariana - LOPEZ CARLOS, Gabriela Scarlet - TITO ALTAMIRANO, Natalia Shirley Ciclo – Año:

VIIEE - 01 / 2016 - I Docente:

Ing. Juan Manuel Mickle Neyra

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Las grandes revoluciones tecnológicas, como la industrial del S. XVIII y la tecnológica basada en el transistor de estado sólido y los semiconductores del siglo XX, han demostrado cómo pueden cambiar de manera drástica la vida del ser humano en todos sus aspectos, y han dejado como enseñanza que las rápidas transformaciones científicas y tecnológicas requieren de otros paradigmas para educar las nuevas generaciones de estudiantes, científicos y líderes de la academia y de la industria. La nanociencia y la nanotecnología son dos, relativamente, recientes disciplinas definidas en la escala de longitud donde científicos e ingenieros de múltiples campos descubren fascinantes fenómenos y aplicaciones y nos proveen con nuevas y exquisitas herramientas para diseñar novedosos materiales y componentes en electrónica, y avances fundamentales y aplicaciones en la física, la química, la biología molecular, la medicina, el medio ambiente, las industrias químicas, las farmacéuticas, etc. Imaginemos lo que se podría hacer si se pudiera construir objetos a la manera que trabaja la naturaleza, átomo por átomo y molécula a molécula. Solamente vislumbrar la posibilidad es fascinante. Actualmente, la investigación en ciencia de materiales nano-estructurados o nanotecnologías es un vasto y activo campo de investigación, tanto en ciencia básica como aplicada, con un alto grado de competencia académica y tecnológica. ¿Qué se quiere decir al utilizar el prefijo nano en nuestro léxico? En términos sencillos, nano es un prefijo griego que significa “enano” y al usarlo en términos y conceptos denota una amplia gama de fenómenos y objetos cuyas dimensiones son de una milloné sima parte de un milímetro (1x10-9 mts). Hablar de objetos de esa magnitud, sólo puede referir a átomos y moléculas, un diminuto universo cuyas leyes es necesario explicar.

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DEFINICIÓN: 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. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

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Nanotecnología, es el estudio y desarrollo de sistemas en escala nanométrica, “nano” es un prefijo

del Sistema

Internacional

de

Unidades que viene del griego νάνος que significa enano, y corresponde a un factor 10^9, que aplicado a las unidades de longitud, corresponde a una mil millonésima parte de un metro (10^-9 Metros) es decir 1 Nanómetro, la nanotecnología estudia la materia desde un nivel de resolución nanométrico, entre 1 y 100Nanómetrosaprox. hay que saber que un átomo mide menos de 1 nanómetro pero una molécula puede ser mayor, en esta escala se observan propiedades y fenómenos totalmente nuevos, que se rigen bajo las leyes de la Mecánica Cuántica, estas nuevas propiedades son las que los científicos aprovechan para crear nuevos materiales (nanomateriales) o dispositivos nanotecnológicos, de esta forma la Nanotecnología promete soluciones a múltiples problemas que enfrenta actualmente la humanidad, como los ambientales, energéticos, de salud (nanomedicina), y muchos otros, sin embargo estas nuevas tecnologías pueden conllevar a riesgos y peligros si son mal utilizadas. La siguiente imagen muestra la unidad de medida de diversos sistemas, y la escala a la que pertenecen (Nano o Micro).

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HISTORIA: La historia de la nanotecnología comienza el 29 de diciembre de 1959 cuando el ganador del premio Nobel de física Richard Feynman, bajo su discurso “Abajo hay espacio de sobra”, habló sobre los beneficios que supondría para la sociedad el que fuéramos capaces de manipular la materia y fabricar artefactos con una precisión de unos pocos átomos. Pero no fue sino hasta la época de los 80 que la nanotecnología se desarrolló de una forma más sostenida gracias a nuevos métodos para la manipulación de nano materia.

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En 1981 el Ingeniero estadounidense Eric Drexler, inspirado en el discurso de Feynman, publica en la revista

Proceedings of the National Academy of

Sciences, el

artículo

“Molecular

engineering:

An

approach to the development of general capabilities for molecular manipulation” en donde describe mas en detalle lo descrito años anteriores por Feynman. El término “Nanotecnología” fue aplicado por primera vez por Drexler en el año 1986, en su libro “Motores de la creación : la próxima era de la Nanotecnología” en la que describe una máquina nanotecnológica con capacidad de autoreplicarse, en este contexto propuso el término de “plaga

gris”

para

referirse

a

lo

que

sucedería

si

un

nanobot

autoreplicante fuera liberado al ambiente. Además de Drexler, el científico Japonés Norio Taniguchi, utilizó por primera vez el término nano-tecnología en el año 1974, en la que define a la nanotecnología como el procesamiento, separación y manipulación de materiales átomo por átomo. El rango de tamaño de mayor interés para la nanociencia y las nanotecnologías es de 100 nm o menos (aunque no se trata de una división estricta) debido a que es entonces que los materiales pueden realzar sus propiedades o adquirir otras totalmente diferentes. El ser humano, en algunos casos, ha usado las “nanotecnologías” durante siglos, por ejemplo, nanopartículas de oro y plata se han utilizado como pigmentos colorantes para cristales desde el siglo X d.C. Dependiendo de su tamaño, dichas nanopartículas pueden parecer rojas, azules o doradas. El reto de los antiguos químicos era lograr todas las nanopartículas del mismo tamaño, lo cual, aún hoy, constituye un desafío para los modernos científicos.

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CONCEPTOS FUNDAMENTALES: a) Las leyes del universo nanométrico Las leyes que rigen la materia a escala nanométrica son distintas a las de la escala macroscópica. Las reglas que permiten entender el comportamiento de este “nanouniverso” están dadas por las leyes de la mecánica cuántica, la cual determina las propiedades de la materia cuando se ubican en el rango de interés de las nanotecnologías. Algunos principios fundamentales de la mecánica cuántica son: • Que el intercambio de energía entre átomos y partículas solo puede ocurrir en paquetes discretos llamados cuantos de energía. • Que las ondas de luz, bajo determinadas condiciones, se pueden comportar como partículas (fotones). • Que en algunas circunstancias, las partículas se pueden comportar como ondas. • Que es imposible conocer al mismo tiempo la velocidad y la posición exacta de una partícula, cuestión que se conoce como el Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

El carácter discreto de los estados electrónicos en un sistema que consta de pocas decenas a unos cuantos cientos de miles de átomos es un elemento clave para controlar las propiedades de los materiales. Los cambios de geometría y de tamaño en un sistema o la alteración de las posiciones de los componentes provocan cambios significativos en la distribución o en el número de dichos niveles y da lugar a que las propiedades que caracterizan un objeto se transformen. Este hecho es de suma importancia ya que determina cómo la materia modifica las

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propiedades que posee a nivel macroscópico cuando su volumen se va reduciendo Podemos citar algunos ejemplos que ilustran el papel de la mecánica cuántica dentro de la nanotecnología: i)

Los nanotubos de carbono presentan propiedades aislantes o conductoras en función de su diámetro;

ii)

Los nanocristales de material semiconductor emiten luz de color distinto en función del tamaño de dichos cristales;

iii)

Los “puntos cuánticos” se diseñan para poseer una estructura de niveles electrónicos modificable mediante potenciales externos;

iv)

Agregados de átomos tanto alcalinos como metálicos en los que aparecen los llamados “números mágicos” —conocidos así porque su estructura es muy compacta, esto es, que cada átomo dentro del agregado atómico tiene un número de vecinos maximizado, lo cual está regulado por la estructura electrónica, lo que a su vez da como consecuencia que sus propiedades electrónicas sean muy diferentes a las de otros tamaños contiguos.

La importancia del tratamiento cuántico de la materia en la nanoescala implica que la mecánica cuántica debe ser contemplada como materia base fundamental en los programas modernos de posgrado en nanociencia y nanotecnologías, posgrados de donde egresan los científicos encargados del estudio y diseño de futuros dispositivos y materiales de nueva generación.

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b) Principales características de la nanociencia y las nanotecnologías: la interdisciplina, el autoensamble, la jerarquía y la realización práctica de los sistemas bajo estudio: Un ejemplo que ilustra los conceptos mencionados es el nanotubo orgánico formado con bases de ADN, y que recientemente se desarrolló en la Universidad de Purdue en EU. Para obtener tales estructuras, los investigadores crearon una unidad base hidrofó bica que posee el arreglo complementario de enlaces de hidrógeno donador- donador - aceptor (DDA) y aceptor-aceptor-donador (AAD) tomados de la guanina y la citosina, respectivamente. Al tener estos arreglos en los extremos, el único modo mediante el cual la molécula puede “reconocerse” a sí misma es formando un anillo. Después, estos anillos se autoensamblan para conformar nanotubos orgánicos. Con otras palabras, se toman dos bases del ADN, por ejemplo, una molécula de guanina y otra de citosina; al “seccionarlas” para tener los arreglos de enlaces de hidrógeno DDA, se consigue un sistema similar a los polos de dos imanes, uno positivo y uno negativo, que al estar cerca se unen sin ninguna dificultad. Esta nueva molécula construida con dos bases de ADN seccionadas constituye lo que se conoce genéricamente como bloque constructor de la nanoestructura. Este bloque constructor está programado (por medio de las leyes fundamentales de la física y la química) para unirse en grupos de seis miembros y formar un pequeño anillo parecido a una roseta y después combinarse con muchas de ellas para resultar en el nanotubo (con lo que se ilustra la jerarquización o complejidad gradual del sistema).

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En las figuras 1 y 2 puede observarse las estructuras de la guanina y la citosina antes de ser seccionadas. La ultima figura muestra los arreglos complementarios de enlaces de hidrógeno.

La obtención de dichos nanotubos necesitó de un equipo de varios tipos de científicos: químicos y biólogos que conocieran la estructura y reactividad de las bases utilizadas; ingenieros en computación que realizaran cálculos de estabilidad energética y simularan las interacciones entre los diferentes grupos funcionales utilizados —lo que ilustra el concepto de inter y multidisciplina pues un ingeniero como el requerido, además de los conocimientos computacionales, debió tener también un alto conocimiento en física y química, es decir, la utilización de las leyes fundamentales de las ciencias—; se necesitaron también médicos e investigadores en farmacología para determinar para qué podrían utilizarse los nanotubos, por ejemplo, para transportar medicamentos a través del cuerpo humano o como implantes, dada su alta biocompatibilidad.

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En la Fig. 3 podemos ver la roseta obtenida al unir las dos bases del ADN modificadas (6 bloques constructores), y en la 4 se observa el autoensamblaje por medio de fuerzas electrostáticas, lo que eventualmente dará lugar al nanotubo conforme se vayan uniendo miles de rosetas.

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CLASIFICACIÓN:

SEGÚN LA TÉCNICA DE APLICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA SEGÚN EL MEDIO EN QUE SE DESARROLLA

BOTTOM UP TOP - DOWN HUMEDA

SECA

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a) Según la técnica de aplicación, la nanotecnología se divide en dos: -

TOP-DOWN: consiste en diseñar y miniaturizar el tamaño de estructuras para obtener a nano escala sistemas funcionales, algunas de sus aplicaciones se presentan de forma clara en la producción de nano electrónica (miniaturización de sistemas electrónicos a nano escala).

-

BOTTOM-UP (nanotecnología

molecular): se

centra en la

construcción de estructuras y objetos a partir de sus componentes atómicos y moleculares; este tipo de nanotecnología es acogida como el enfoque principal de la nanotecnología ya que ha de permitir

que

la

materia

extremadamente precisa.

pueda

controlarse

de

manera

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Los métodos de fabricación top-down como la litografía, la escritura o el estampado se usan para definir las características deseadas. Las técnicas bottom-up usan procesos de autoensamble para obtener arquitecturas supramoleculares ordenadas o en estado sólido, a partir de la escala atómica hacia la escala mesoscópica. En la figura se muestra (de derecha a izquierda) una imagen de microscopía electrónica de un electrómetro nanomecánico conseguido mediante litografía por haz de electrones, arreglos bidimensionales de nanotubos de carbón obtenidos por impresión de microcontacto y un crecimiento catalítico; la segunda imagen es un arreglo regular metálico-orgánico nanoporoso integrado por átomos de hierro y moléculas funcionales; y la tercera imagen son siete moléculas de monóxido de carbono formando la letra ‘C’ y que se han posicionado con la punta de un microscopio de barrido por efecto túnel. Las técnicas bottom-up, habría que señalar también, se utilizan para obtener productos que sirven como aditivos para cosméticos y combustibles. b) Según el medio en que se desarrolla, la nanotecnología se divide en dos: -

LA NANOTECNOLOGÍA HÚMEDA: va dirigida al desarrollo de sistemas biológicos para la manipulación de material genético, membranas, enzimas y componentes celulares, y todos sistemas que necesite un medio acuoso.

-

LA NANOTECNOLOGÍA SECA: va dirigida principalmente al campo de la electrónica y a todos aquellos elementos cuya funcionalidad se vean directamente alterados por la exposición a un medio

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húmedo, como por ejemplo el magnetismo, dispositivos ópticos y desarrollo de materiales inorgánicos.

CAMPOS AFECTADOS POR LOS AVANCES DE LA NANOTECNOLOGÍA: Los principales campos que se verán afectados por los avances de la nanotecnología son: -

Materiales: nuevos materiales, más duros, más duraderos y resistentes, más ligeros y más baratos.

-

Electrónica: los componentes electrónicos serán cada vez más y más pequeños, lo que facilitará el diseño de ordenadores mucho más potentes.

-

Energía: se prevé un gran aumento de las posibilidades de generación de energía solar, por ejemplo.

-

Salud y Nanobiotecnología: hay grandes expectativas en las áreas de prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades.

Puesto que en la nanotecnología convergen varias disciplinas, como se muestra en la imagen, es previsible que su efecto se perciba en muchos y variados campos, desde la ciencia de materiales hasta la electrónica, desde la computación hasta la medicina. En la ciencia de los materiales habrá uno de los mayores impactos debido a que son indispensables para fabricar objetos útiles en la vida humana que siempre han tenido un alto valor social y económico, de lo que son ejemplos el acero y los plásticos. Las propiedades de los materiales nanoestructurados están determinadas por su estructura a escalas micro y nanométrica, por lo que una de las claves

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para desarrollar materiales de nueva generación es la habilidad de controlar su estructura a escalas cada vez más pequeñas. La importancia de las nanotecnologías en este campo se da fundamentalmente por dos aspectos: • Porque permite modificar radicalmente las propiedades de los materiales conocidos e incluso crear otros nuevos. • Porque hace posible maquilar con extrema precisión ciertos materiales. Las causas de que las propiedades de los nanomateriales difieran de las de otros son el incremento del área superficial y los efectos cuánticos. Los metales nanoestructurados ofrecen una resistencia mecánica cuatro o cinco veces mayor que los metales “normales”. Actualmente ya se utilizan algunos materiales nanoestructurados en cosméticos, arcillas, recubrimientos, pinturas y herramientas de corte. Otra aplicación que también se investiga es la del nanocatalizador que ya se usa ampliamente en las industrias química, petroquímica, farmacéutica, etc. Los procesos de catálisis, en particular, están fuertemente favorecidos por las nanotecnologías, por ejemplo: • El diseño molecular y síntesis de materiales catalíticos nanoporosos. • El diseño molecular y síntesis de nanofases activas en reacciones de interés para los procesos catalíticos de refinación, petroquímica y control ambiental. • Los novedosos sistemas catalíticos para elaborar productos de química fina. En los campos de la electrónica, la optoelectrónica y las tecnologías de la información y comunicaciones las nanotecnologías comienzan a jugar un papel en la fabricación de chips para computadora y en dispositivos para almacenamiento

de

datos.

En

el

futuro

próximo

también

habrá

microprocesadores nanoestructurados, sistemas de comunicación en bandas diez veces más anchas que las actuales, sistemas de almacenamiento informativo con dimensiones cada vez más reducidas y capacidades mil

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veces superiores; también se vislumbran aplicaciones en sistemas integrados de nanosensores. En cuanto a la medicina, el diagnóstico de enfermedades y el suministro de fármacos se investigan intensamente. Dado que en estas áreas es indispensable realizar exámenes y procedimientos de validación rigurosos, el avance no será evidente hasta dentro de 10 años aproximadamente; se puede prever que para entonces habrá algunas aplicaciones como el uso de proteínas, adn y biopolímeros en biosensores. Actualmente está en fase de experimentación el uso de nanopartículas para curar enfermedades genéticas como la fibrosis cística. Y en la misma situación se encuentran las nanopartículas magnéticas que permitirían posicionar fármacos en sitios específicos mediante sistemas de campos magnéticos externos.

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La aplicación de las nanotecnologías llegará también al sector agrícola. A nivel mundial todas las empresas que dominan el negocio de los transgénicos están invirtiendo en nanotecnologías, empresas como Pfizer promueven la creación de nanocápsulas de liberación lenta que se usarán en agentes biológicos, por ejemplo, como fármacos, insecticidas, fungicidas, plaguicidas, herbicidas y fertilizantes.

APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA:  MEDIO AMBIENTE Las aplicaciones de la Nanotecnología en el medio ambiente, involucran el desarrollo de materiales, energías y procesos no contaminantes, tratamiento

de

aguas

residuales,

desanilización

de

agua,

descontaminación de suelos, tratamiento de residuos, reciclaje de sustancias, nanosensores para la detección de sustancias químicas dañinas o gases tóxicos.

 ENERGÍA Las aplicaciones de la Nanotecnología en sector energético, tiene relación con la mejora de los sistemas de producción y almacenamiento de energía, en especial aquellas energías limpias y renovables como la energía solar, o basadas en el Hidrógeno, ademas de tecnologías que ayuden a reducir el consumo energético a través del desarrollo de nuevos aislantes térmicos mas eficientes basados en nanomateriales. El aumento de la eficiencia de los paneles solares y placas solares gracias a nanomateriales especializados en la captura y almacenamiento de energía solar.

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 MEDICINA Las

aplicaciones

de

la

Nanotecnología

en

Medicina

se

denomina Nanomedicina, y dentro de ella tenemos el desarrollo de nanotransportadores de fármacos a lugares específicos del cuerpo, que pueden ser útiles en el tratamiento del Cáncer u otras enfermedades, biosensores moleculares con la capacidad de detectar alguna sustancia de interés como glucosa o algún biomarcador de alguna enfermedad, nanobots programados para reconocer y destruir células tumorales o bien reparar algún tejido como el tejido oseo a raíz de un fractura, nanopartículas con propiedades antisépticas y desinfectantes, etc..

 INDUSTRIA DE ALIMENTOS Las aplicaciones de la Nanotecnología en la industria de Alimentos incluye aplicaciones de nanosensores y nanochips útiles en en el aseguramiento de la calidad y seguridad del alimento, dispositivos que funcionen como nariz y lengua electrónica, detección de frescura y vida útil de un alimento, detección de microorganismos patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas y otros contaminantes, desarrollo de Nanoenvases, Nanoalimentos con propiedades funcionales nutritivas y saludables, o con mejores propiedades organolépticas.

 TEXTIL Desarrollo de tejidos que repelen las manchas y no se ensucian y sean autolimpiables, antiolores, incorporación de nanochips electrónicos que den la posibilidad de cambio de color a las telas, o bien el control de la temperatura, estos últimos están dentro de lo que se llama “tejidos inteligentes”

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 CONSTRUCCIÓN Desarrollo de Materiales (Nanomateriales) mas fuertes y ligeros, con mayor resistencia, vidrios que repelen el polvo, humedad, pinturas con propiedades especiales, materiales autorreparables, etc..

 ELECTRÓNICA Las aplicaciones de la Nanotecnología en la electrónica comprenden el desarrollo de componentes electrónicos que permitan

aumentar

drasticamente la velocidad de procesamiento en las computadoras, creación de semiconductores, nanocables cuánticos, circuitos basados en Grafeno o Nanotubos de Carbono.

 TECNOLOGÍAS DE LA COMUNICACIÓN E INFORMÁTICA Las aplicaciones de la Nanotecnología en las tecnologías de la comunicación e informática, comprende el desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de mayor capacidad y menor tamaño, dispositivos de visualización basados en materiales con mayor flexibilidad u otras propiedades como transparencia que permitan crear pantallas flexibles y transparentes, además el desarrollo de la computación cuántica.

 AGRICULTURA Las aplicaciones de la Nanotecnología en la Agricultura, tienen relación con mejoras en plaguicidas, herbicidas, fertilizantes, mejoramiento de suelos, nanosensores en la detección de niveles de agua, Nitrógeno , agroquímicos, etc..

 GANADERÍA Las aplicaciones de la Nanotecnología en la Ganadería dicen relación con el desarrollo de Nanochips para identificación de animales, Nanopartículas

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para administrar vacunas o fármacos, nanosensores para detectar microorganismos y enfermedades además de sustancias tóxicas.

 COSMÉTICA Las aplicaciones de la Nanotecnología en la cosmética implica el desarrollo de cremas antiarrugas o cremas solares con nanopartículas.

BENEFICIOS DE LA NANOTECNOLOGÍA: El uso de la nanotecnología molecular (MNT) en los procesos de producción y fabricación podría resolver muchos de los problemas actuales. Por ejemplo: -

La escasez de agua es un problema serio y creciente, algo que la fabricación de productos mediante la fabricación molecular podría solucionar.

-

Las enfermedades infecciosas causan problemas en muchas partes del mundo. Productos sencillos como tubos, filtros y redes de mosquitos podrían reducir este problema.

-

Con la nanotecnología, los ordenadores serían extremadamente baratos.

-

La construcción eficiente y barata de estructuras ligeras y fuertes, equipos eléctricos y aparatos para almacenar la energía permitirían el uso de energía termal solar como fuente primaria y abundante de energía.

-

Nuevos productos tecnológicos permitirían que las personas viviesen con un impacto medioambiental mucho menor.

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-

La nanotecnológica molecular podría fabricar equipos baratos y avanzados para la investigación médica y la sanidad, haciendo mucho mayor la disponibilidad de medicinas más avanzados.

-

La fabricación molecular puede ser auto-contenida y limpia: una sola caja o una sola maleta podría contener todo lo necesario para llevar a cabo la revolución industrial a nivel de pueblo.

NANOTECNOLOGIA RESPONSABLE La nanotecnología responsable se refiere a la gestión responsable que controle los riesgos potenciales de la nanotecnología, y potencie los beneficios en nombre de la humanidad. Con la nanotecnología avanzada se podrán construir máquinas mil veces más potentes y cientos de veces menos costosas que los aparatos actuales. El potencial de la nanotecnología desde un punto de vista humanitario es inmenso, como también son masivos los riesgos posibles por un mal uso o una gestión no responsable. Algunos científicos abogan por promover las nuevas tecnologías a través de argumentos de beneficio, mientras que otros plantean problemas en cuanto a su posible riesgo, estos puntos de vista, generan una gran debate entre la sociedad

La tecnología no está tan lejos como para que no tengamos que pensar en cómo vamos a lograr controlar el mal uso. Esta tecnología va a permitir es

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generar una guerra de precios y manejo de la oferta produciendo nuevos polos productivos de gran masividad como lo es hoy China. No son pocos los países que se van a ver tentados de ser autosuficientes y así olvidarse de sus dependencias, lo que a su vez generará enormes

desequilibrios que podrían potencialmente producir enormes

problemas de muy difícil solución, esta tecnología que puede ser tan determinante para lograr alcanzar un mundo sin dinero, también podría producir enormes males. Pero también mirando la situación desde otra óptica, la enorme crisis que va a generar también va a poner en crisis al propio sistema que no encontrará forma alguna para regular el buen uso a través de leyes externas

RIESGOS DE LA NANOTECNOLOGÍA: Algunas consideraciones a tener en cuenta incluyen: -

Importantes cambios en la estructura de la sociedad y el sistema político.

-

La potencia de la nanotecnología podría ser la causa de una nueva carrera de armamentos entre dos países competidores.

-

La producción de armas y aparatos de espionaje podría tener un coste mucho más bajo que el actual siendo además los productos más pequeños, potentes y numerosos.

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-

La producción poco costosa

y

la

duplicidad

de

diseños podría llevar a grandes cambios en la economía. -

La sobre explotación de productos baratos podría

causar

importantes daños al medio ambiente.

BOTTOM – UP (AUTOENSAMBLADO): Literalmente de abajo hacia arriba, en el sentido de desde lo micro (menor) hacia lo macro (mayor). Se comienza con una estructura nanométrica como una molécula y mediante un proceso de montaje o autoensamblado, totalmente automático, se crea un mecanismo mayor que el mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, en parte considerado como el “único” y “verdadero” enfoque nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera extremadamente precisa. De esta manera podremos liberarnos de las limitaciones de la miniaturización, muy presentes en el campo de la electrónica. Autoensamblado (Self-replicating)

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Es un elemento vital para el funcionamiento del paralelismo masivo (todo funcionando a la vez) y el ensamblaje convergente (bottom-up). El abaratamiento de costos se torna incalculable. Esta capacidad de fabricar un objeto constructor con esa misma capacidad de autorreproducción proviene de una inspiración de la naturaleza. Es un método que permite la reproducción de piezas y que asegura mayor rendimiento, con menos gastos, en la fabricación de objetos, ya que no se producen pieza por pieza, sino que es labor de la pieza misma: se autorreproduce.

Por otra parte, el autoensamblaje debe ser reabastecido de una sola fuente para lograr mayor eficiencia. Los animales se abastecen de distintas fuentes de energía para su funcionamiento, y sin alguna de estas fuentes partes de su sistema no funcionan. La inspiración en estos elementos nanotecnológicos con estas capacidades se basa más en el aprovechamiento de una máquina para optimizar beneficios, que en una creación de la naturaleza. El último paso para la nanotecnología de automontaje de dentro hacia fuera se

denomina

“nanotecnología

molecular”

o

“fabricación

molecular”,

desarrollada por Drexler. Prevé fábricas moleculares reales capaces de crear cualquier material, mediante procesos de montaje exponencial de átomos y moléculas, controlados con precisión. Si uno se da cuenta de que la totalidad de nuestro entorno perceptivo está construido mediante un limitado alfabeto de diferentes constituyentes (átomos), y que este alfabeto da lugar a creaciones tan diversas como el agua, los diamantes o los huesos, es fácil imaginar el potencial casi ilimitado que ofrece el montaje molecular.

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La fabricación mediante métodos bottom-up abarca la construcción de estructuras, átomo a átomo, o molécula a molécula. El grado de miniaturización alcanzable mediante este enfoque, es superior al que se puede conseguir con el top-down ya que gracias a los microscópios de escaneado, se dispone de una gran capacidad para situar átomos y moléculas individuales en un lugar determinado. La gran variedad de enfoques de este último conjunto de técnicas, se puede dividir en tres grandes categorías: • Síntesis química: Consiste en la producción de materias primas, como moléculas o partículas, que pueden usarse directamente en productos en forma desordenada, formando bloques

o

niveles

más

avanzados de ordenamientos. Método para producir materias primas

como

moléculas

o

partículas, que se puedan utilizar directamente como productos o bien, para fabricar materiales más avanzados o complejos. El tipo de nanomaterial más conocido, empleando esta técnica, son las nanopartículas. • Ensamblaje posicional: Esta es la única técnica, capaz de manipular y posicionar átomos y moléculas, uno a uno. Aunque contamos con instrumentación capaz de realizar estos procesos, el ensamblaje posicional es extremadamente laborioso y actualmente no es apropiado para llevarse a cabo a escala industrial.

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El famoso logotipo de IBM es uno de los ejemplos de ensamblaje posicional en donde Eigler Schweizer, mediante STM (microscopio efecto túnel) consigió desplazar átomos de xenón sobre una superficie de níquel hasta formar el logotipo. • Self-assembly o autoensamblaje: Técnica en la que, los átomos o moléculas se ordenan a sí mismas dentro de nanoestructuras mediante interacciones físicas y/o químicas entre las unidades básicas. El autoensamble ha ocurrido en la naturaleza durante todo el tiempo, pues es la base de la formación de todo organismo vivo, de los cristales de sal y de los copos de nieve. Su uso en la industria es relativamente

nuevo,

produce

pocos

desperdicios y utiliza poca energía. Pero, hasta hoy, a través de esta técnica solo se pueden crear sistemas muy simples y rudimentarios, y para mejorarlos es necesario perfeccionar los conocimientos en procesos termodinámicos y cinéticos a nivel nanométrico

Auto ensamblado (Bottom up). Literalmente desde abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una estructura nanométrica como una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, se crea un mecanismo mayor que el mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, que algunos consideran como el único y "verdadero" enfoque nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera extremadamente

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precisa. De esta manera podremos liberarnos de las limitaciones de la miniaturización, muy presentes en el campo de la electrónica. Una de sus aplicaciones en el campo de la electrónica permite miniaturizar componentes electrónicos. El último paso para la Nanotecnología de auto montaje de dentro hacia fuera se denomina "Nanotecnología molecular" o "fabricación molecular", y ha sido desarrollada por el investigador K. Eric Drexler. Se prevé que las fábricas moleculares reales sean capaces de crear cualquier material mediante procesos de montaje exponencial de átomos y moléculas, controlados con precisión. Cuando alguien se da cuenta de que la totalidad de nuestro entorno perceptivo está construida mediante un limitado alfabeto de diferentes constituyentes (átomos) y que este alfabeto da lugar a creaciones tan diversas como el agua, los diamantes o los huesos, es fácil imaginar el potencial

casi

ilimitado

que

ofrece

el

montaje

molecular.

Algunos partidarios de una visión más conservadora de la Nanotecnología ponen en duda la viabilidad de la fabricación molecular y de este modo tienen una visión contradictoria a largo plazo con respecto a la teoría de Eric Drexler, el defensor más conocido de la teoría de la fabricación molecular. Es importante tener en cuenta de alguna manera esta nota discordante, porque la mayoría de los investigadores involucrados piensan que la madurez de la Nanotecnología es una evolución positiva y que la Nanotecnología mejorará de manera significativa la calidad de la vida en el planeta (y en el espacio) de la población mundial. Lo que caracteriza los campos de aplicación de la nanotecnología depende directamente de la forma, procedimiento y fin para lo que se da la manipulación de la materia en la escala nano.

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Estos materiales utilizados son llamados nanomateriales, los cuales pueden obtenerse del medio ambiente con sus características naturales o pueden ser generados de forma sintética a los cuales se les atribuye características especiales. A su vez los nanomateriales pueden ser subdivididos en nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos.

DIVERSOS PRODUCTOS EN NANOTECNOLOGÍAS Con el transcurrir de los años surgieron las más distintas investigaciones en las más diversas áreas de estudio. Esto posibilitó el desarrollo de diversos nanomateriales, nanopartículas y diversas hipótesis futurísticas, que cada día que pasa ya dejan de ser hipotéticas. Todos estos productos son de grandes beneficios a la sociedad, al medio ambiente y a la industria.  Dendrímero:

son

moléculas

tridimensionales,

nanoescalares, así llamadas porque las estructuras semejan árboles con ramas (dendrones). Los dendrímeros son capaces de alojar, ya sea en las cavidades internas como así también en la superficie, pequeñas moléculas que después pueden liberarse en momentos, lo que los hace prometedores agentes de suministro de medicamentos,

y

agentes de suministro de

perfumes

herbicidas

y con

liberación programada según un esquema temporal.

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 Fago T4: su diseño está inspirado en los virus, dando vida a una máquina que tiene la capacidad de colocar sus patas sobre la superficie de las bacterias e inyectarles ADN.

 Nanoalambres: son nanoestructuras en forma de filamento, recubierto de receptores biológicos específicos a determinado tipo de microorganismos y/o sustancias que al encontrarse inmerso en un medio celular puede variar su conductividad eléctrica al reconocer el agente de acuerdo al tipo de receptores en su superficie.

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 Nanobiosensores

Fotónicos:

son

nanobiosensores basados en nanopartículas de oro o magnéticas que interactúan con los Quantum Dots (puntos cuánticos) de energía de la radiación electromagnética llamados fotones.

 Nanobombas:

son

conglomeraciones

de

nanotubos

de

carbono

recubiertos de anticuerpos a escala nanométrica, que una vez son expuestos a la luz y al calor resultante, son incapaces de disipar la energía concentrada y se produce una especie de explosión.

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 Nanosensores:

dispositivos

diseñados

nanométricamente encargados de detectar una determinada

acción

externa,

temperatura,

presión, compuesto químico,etc.

 Nanomotores: Los nanomotores ilustran un ejemplo de engranaje atómico realizado por ordenador. Estos son de nanotecnología Bottom-Up.

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 Nanotransportadores: son de gran eficacia a la hora de transportar fármacos y ADN. Lo que facilita la capacidad de dirigir con precisión un fármaco a la localización deseada en el cuerpo, tal como la de órganos particulares o células específicas.  Nanopartículas: es una pieza pequeña de materia, compuesta de un elemento particular

o

un

compuesto

de

elementos. Lo típico es que midan menos de 100 nanómetros de diámetro. El término puede referirse a un amplio rango de materiales, incluida la materia particulada que expulsa el tubo de escape de un automóvil. En los últimos veinte años, las partículas diseñadas con ingeniería nanológica se fabrican con fines comerciales, con el propósito de sacarle ventaja a sus efectos cuánticos. Actualmente sé está utilizando fármacos, lubrificantes, tintas, herramientas, tejidos entre varios otros.

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 Nanoshells: son nanopartículas que

se

conforman

de

una

delgada

capa

metálica

generalmente de oro, de unos 8

a

10

nanómetros que

recubre

una estructura esférica de silicio de un diámetro aproximado de unos 100 nanómetros.

 Nanocompuestos: Compuestos de metales, polímeros y materia biológica que permiten comportamiento multifuncional. Aplicados donde pureza y conductividad eléctrica importan, como microelectrónica, llantas de

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automóviles,

equipos

deportivos como raquetas y

pelotas

tenis,

ropa,

de textiles,

antisépticos entre otros.

NANOTECNOLOGÍA EN EL PERÚ: La nanociencia y la nanotecnología están teniendo un desarrollo vertiginoso a nivel mundial, debido a la gran variedad de nuevas propiedades de la materia a la escala nanométrica que se están descubriendo y su relativa facilidad para incluirlos en dispositivos para aplicaciones específicas en los diferentes campos de la ciencia y la tecnología. Por dicha razón, los países desarrollados han invertido, e invierten, una gran cantidad de recursos, tanto materiales como humanos. Según un informe publicado por Lux Research del 2004, la inversión total en el sector de Nanotecnología en todo el mundo está repartida entre estados Unidos (35%), Asia (35%), Europa (28%) y el resto del mundo (2%). Se espera que, como resultado de toda esta inversión y esfuerzos, aproximadamente después del año 2015, la aplicación en masa de las nanotecnologías traerá cambios dramáticos en la economía y sociedad en general de toda la humanidad

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Como toda revolución tecnológica, la nanotecnología ofrece una oportunidad de desarrollo en la medida que sea asimilada, recreada y difundida por la sociedad. Por lo tanto, es necesario considerar de interés público la vinculación de los conocimientos sobre nanociencia y nanotecnología con la sociedad en general, para que ésta reconozca sus ventajas, sus potenciales riesgos, y con ello tenga más elementos para tomar sus decisiones. Esto es aún más importante en el caso de la clase política, pues sus resoluciones nos afectan a todos. Latinoamérica está muy lejos, una vez más, de ser un protagonista en el mundo de las nanociencias y nanotecnología. Brasil, México y Argentina responden por casi la totalidad de artículos publicados en esta área. En el caso de Perú, desde hace un poco más de una década que algunos grupos de investigación iniciaron sus actividades en nanociencias con el apoyo de la cooperación internacional. Hoy podemos decir que el número de grupos de investigación se ha incrementado considerablemente, tal como pudo comprobarse en el reciente I Simposio Peruano de Nanotecnología, pero la mayor parte de estos grupos se concentra en Lima (Universidad Nacional de Ingeniería, Universidad Nacional Mayor de San Marcos y Pontificia Universidad Católica del Perú) y en mucha menor magnitud en Arequipa y Trujillo. A la loable labor de las universidades para generar nuevos recursos humanos, hay que sumar las iniciativas para aglutinar a los diferentes grupos de investigación en estas áreas. Podemos mencionar principalmente a Spectra, "una comunidad de investigadores que tiene como objetivo mejorar las capacidades de cada uno de sus miembros para el beneficio de la sociedad, particularmente la sociedad latinoamericana y andina, en contacto

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y cooperación científica permanente con países del primer mundo". Otra organización es la Red de Nanotecnología en el Perú, "integrada por investigadores del ámbito académico, instituciones publicas, privadas y ONG, la que promueve la investigación interinstitucional y multidisciplinaria de sus miembros, agrupa a especialistas en diversas áreas con el propósito de absolver consultas con fundamento técnico científico y difundir las actividades relacionadas con la nanotecnología en el Perú y el mundo". Igualmente podemos mencionar las diferentes iniciativas para la creación de un Centro de Materiales, que esté al servicio de la comunidad científica de todo el Perú.

RED PERUANA DE NANOTECNOLOGÍA : UNIVERSIDADES:  El laboratorio de materiales nanoestructurados, laboratorios de física y química y el laboratorio de películas delgadas de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI).  El Instituto de química e ingeniería química, el laboratorio de cerámicos y nanomateriales, laboratorio de análisis de suelos, Dirección de investigación y desarrollo y el laboratorio de difracción de rayos x de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM).  El laboratorio de ecología microbiana y biotecnología Marino Tabusso de la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM).  Laboratorio de cerámicos del Departamento académico de ingeniería, metalúrgica y materiales y el Departamento de química de la  Universidad

Nacional

San

Agustín

de

Arequipa

Departamento de Ciencias.  Laboratorio de Investigacion n° 4- Seccion quimica- PUCP.

(UNAS).

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 Departamento académico de física, área de nanoestructuras y películas delgadas de la Universidad Nacional de Trujillo (UNT).

ORGANIZACIONES:  Soluciones Prácticas-ITDG  Oficina de medio ambiente y Dirección nacional de saneamiento (DNS)  Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS), subcomité de agua segura.  Foro Salud, mesa de salud ambiental Lima.  Ministerio de Energía y Minas (MINEM).  Superintendencia nacional de servicios de agua y saneamiento (Sunass).  Dirección de investigación y desarrollo del Instituto peruano de ingeniería nuclear (IPEN).  Laboratorios Centro de innovación tecnología del cuero, calzado e industrias conexas (Citeccal), Ministerio de la Producción (Produce).  Programa de agua potable y alcantarillado (Proagua) de la Cooperación técnica alemana (GTZ).

EMPRESAS  AMANCO, Producción y mercadeo de sistemas de tuberías, conexiones y accesorios plásticos para la conducción de fluidos.

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CONCLUSIONES Las nanotecnologías mejorarán muchos aspectos de la vida cotidiana y ayudarán a resolver otros que no lo son tanto, como algunas enfermedades; pero ello está condicionado por el financiamiento y aceptación del gobierno y población de cada país. Esta aceptación depende de varios factores sociales: las especificaciones técnicas, las opciones que el público tenga, la política y las decisiones macroeconómicas que contribuyan al desarrollo de mayores tecnologías y resultados deseables, así como de las estructuras legales y regulatorias. Las

nanotecnologías

presentan

grandes

oportunidades

científicas,

tecnológicas y económicas para cualquier país, y para que todo esto se aproveche se debe contar con apoyos para la investigación y desarrollo de esa disciplina, un aspecto que requiere de la fuerte participación de los gobiernos y la población.

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WEBGRAFÍA http://www.aportes.educ.ar/sitios/aportes/recurso/index?rec_id=107637&nucleo=quimica_nucle o_arte https://munlait.wordpress.com/category/nanotecnologia/ http://www.revistasexcelencias.com/excelencias-del-motor/presentan-el-peugeot206/tecnica/nanotecnologia-presente-y-futuro-del-automovi http://www.madrimasd.org/blogs/ingenieriamateriales/2012/05/25/491/ http://www.gte.us.es/ASIGN/SEA/Nanotecnologias.pdf http://fido.palermo.edu/servicios_dyc/publicacionesdc/vista/detalle_articulo.php?id_libro=378&i d_articulo=8209 http://exposicion1procesos.blogspot.pe/ http://nanoudla.blogspot.pe/2011/11/una-mirada-realista-las-promesas-y.html http://www.nanotecnologia.cl/que-es-nanotecnologia/ http://www.monografias.com/trabajos87/nanotecnologia-riesgos-y-beneficios/nanotecnologiariesgos-y-beneficios.shtml