NANOTECNOLOGIA

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor, es decir, a nivel de átomosy moléculas (nanomateriales). Lo más habitual es que esta manipulación se haga en un rango de entre uno y cien nanómetros. Se tiene una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot sabiendo que un nanobot de unos 50 nm tiene el tamaño de 5 capas de moléculas o átomos depende de qué esté hecho.

Nano es un prefijo griego que indica una medida (10^-9 = 0,000 000 001)

Definición

La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas nuevos y poco costosos.

Historia

El ganador del premio Nobel de Física de 1965, Richard Feynman, fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología en el célebre discurso que dio en el(Instituto Tecnológico de California) el 29 de diciembre de 1959, titulado En el fondo hay espacio de sobra (There's Plenty of Room at the Bottom).

Otras personas de esta área fueron Rosalind Franklin, James Dewey Watson y Francis Crick quienes propusieron que el ADN era la molécula principal que jugaba un papel clave en la regulación de todos los procesos del organismo.

Pero estos conocimientos fueron más allá, ya que con esto se pudo modificar la estructura de las moléculas, como es el caso de los polímeros o plásticos que hoy en día encontramos en nuestros hogares. Pero hay que decir que a este tipo de moléculas se les puede considerar “grandes”.

Hoy en día la medicina tiene más interés en la investigación en el mundo microscópico, ya que en él se encuentran las ramas de la medicina que han salido más beneficiadas como es la microbiología, inmunología, fisiología; han surgido también nuevas ciencias como la Ingeniería Genética.

Inversión

Algunos países en vías de desarrollo ya destinan importantes recursos a la investigación en nanotecnología. La nanomedicina es una de las áreas que más puede contribuir al avance del Tercer Mundo, proporcionando nuevos métodos de diagnóstico de enfermedades.

Alrededor de cuarenta laboratorios en todo el mundo destinan grandes cantidades de dinero para la investigación en nanotecnología. Unas trescientas empresas tienen el nombre“nano” en su nombre, aunque todavía hay muy pocos productos en el mercado.

Algunos gigantes del mundo informático como IBM, Hewlett-Packard ('HP)' NEC e Intel están invirtiendo millones de dólares al año en el tema. Los gobiernos del llamado Primer Mundo también se han tomado el tema muy en serio, con el claro liderazgo del gobierno estadounidense, que dedica cientos millones de dólares.

En España, los científicos hablan de “nanopresupuestos”. Pero el interés crece, ya que ha habido algunos congresos sobre el tema: en Sevilla, en la Fundación San Telmo, sobre oportunidades de inversión, y en Madrid, con una reunión entre responsables de centros de nanotecnología de Francia, Alemania y Reino Unido en la Universidad Autónoma de Madrid.

Las industrias tradicionales podrán beneficiarse de la nanotecnología para mejorar su competitividad como: textil, alimentación, calzado, automoción, construcción y salud. Lo que se intenta es que las empresas de sectores tradicionales incorporen y apliquen la nanotecnología. Actualmente el uso normal es del 0.2 %. Con la ayuda de la nanotecnología se prevé que en 2014sea del 17 %.

Ensamblaje interdisciplinario

Los físicos juegan un importante papel no sólo en la construcción del microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de la mecánica cuántica. Alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de ciertos átomos hacen jugar a la química un papel importante. En medicina, el desarrollo dirigido a nanopartículas promete ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades. Aquí, la ciencia ha alcanzado un punto en el que las fronteras que separan las diferentes disciplinas han empezado a desaparecer.

Una posible lista de  sería la siguiente:

• Química (Moleculares y computacional)
• Bioquímica
• Biología molecular
• Física
• ElectrónicA
• Informática
• Matemáticas
• Medicina
• Nanoingenieria

Nanotecnología avanzada

La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los átomos del grafito (compuesto por carbono, principalmente) de la mina del lápiz podemos hacer diamantes (carbono puro cristalizado). Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.

A partir de los incontables ejemplos encontrados en la biología se sabe que miles de millones de años de retroalimentación evolucionada puede producir máquinas biológicas sofisticadas y estocásticamente optimizadas. Se tiene la esperanza que los desarrollos en nanotecnología harán posible su construcción a través de algunos significados más cortos, quizás usando principios biomiméticos. Sin embargo, K. Eric Drexler y otros investigadores han propuesto que la nanotecnología avanzada, aunque quizá inicialmente implementada a través de principios miméticos, finalmente podría estar basada en los principios de la ingeniería mecánica.

Determinar un conjunto de caminos a seguir para el desarrollo de la nanotecnología molecular es un objetivo para el proyecto sobre el mapa de la tecnología liderado por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios nacionales de EEUU) y del Foresigth Institute.

 Futuras aplicaciones

Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá, las quince aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:

• Almacenamiento, producción y conversión de energía.
• Armamento y sistemas de defensa.
• Producción agrícola.
• Tratamiento y remediación de aguas.
• Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
• Sistemas de administración de fármacos.
• Procesamiento de alimentos.
• Remediación de la contaminación atmosférica.
• Construcción.
• Monitorización de la salud.
• Detección y control de plagas.
• Control de desnutrición en lugares pobres.
• Informática.
• Alimentos transgénicos.
• Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).

Aplicaciones actuales

 Nanotecnología aplicada al envasado de alimentos

Una de las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de envases para alimentación es la aplicación de materiales aditivados con nanoarcillas, que mejoren las propiedades mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los materiales de envasado. En el caso de mejora de la barrera a los gases, las nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas gaseosas, lo cual permite conseguir una barrera similar con espesores inferiores, reduciendo así los costos asociados a los materiales.

MINIATURIZACION

Miniaturizacion

Se denomina miniaturización al proceso tecnológico mediante el cual se intenta reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos.

Historia

Las primeras radios y otros dispositivos electrónicos dependían de la tecnología de los tubos de vacío. Como los tubos ocupaban mucho espacio, los aparatos que los empleaban solían ser muy voluminosos y pesados. A finales de los años 1940, el desarrollo del transistor ofreció una alternativa compacta a los tubos de vacío.

Los transistores podían lograr el mismo nivel de amplificación de potencia lograda mediante tubos, al tiempo que ocupaban mucho menos espacio y usaban sólo una pequeña fracción de la energía. A partir de los años 1960, el circuito integrado proporcionó otro nivel adicional de miniaturización.

Un circuito integrado del tamaño de un transistor podía realizar la función de veinte transistores. Hoy en día, el microprocesador, una mejora moderna de los circuitos integrados originales, puede incorporar las funciones de varias placas completas de circuitos impresos en un solo chip de bajo consumo eléctrico y que ocupa menos de trece centímetros cuadrados, posibilitando la fabricación de ordenadores portátiles más potentes que los enormes ordenadores centrales usados en las décadas de 1970 y 1980 espectivamente.

Una de las tendencias actuales en muchas áreas del conocimiento está dirigida hacia la miniaturización, automatización y simplificación.

La miniaturización de los sistemas analíticos tiene por objeto la reducción del tamaño de los dispositivos de análisis incluyendo en los mismos todas las operaciones clásicas de pretratamiento (filtración, extracción, etc.…), mezcla, reacción, preconcentración, separación y detección. Esto ha dado lugar a los llamados “Lab-on-a-Chip” (LOC) o los microsistemas de análisis total (µTAS).

Algunas de las ventajas del empleo de sistemas miniaturizados son: reducción en el consumo de muestra y reactivos, disminución de los desechos, lo cual permite realizar diagnósticos médicos a partir de una simple gota de sangre o el desarrollo de sensores “in-vivo”. Además, normalmente se acortan los tiempos de análisis y se pueden integrar diversos ensayos en un mismo sistema sin aumentar su complejidad, así como automatizar distintos procedimientos analíticos.

Entre los diferentes microsistemas descritos, destacan los microchips de electroforeis (ME).

Una de las tendencias actuales en muchas áreas del conocimiento está dirigida hacia la miniaturización, automatización y simplificación.

La miniaturización de los sistemas analíticos tiene por objeto la reducción del tamaño de los dispositivos de análisis incluyendo en los mismos todas las operaciones clásicas de pretratamiento (filtración, extracción, etc.…), mezcla, reacción, preconcentración, separación y detección. Esto ha dado lugar a los llamados “Lab-on-a-Chip” (LOC) o los microsistemas de análisis total (µTAS).

Algunas de las ventajas del empleo de sistemas miniaturizados son: reducción en el consumo de muestra y reactivos, disminución de los desechos, lo cual permite realizar diagnósticos médicos a partir de una simple gota de sangre o el desarrollo de sensores “in-vivo”. Además, normalmente se acortan los tiempos de análisis y se pueden integrar diversos ensayos en un mismo sistema sin aumentar su complejidad, así como automatizar distintos procedimientos analíticos.

Entre los diferentes microsistemas descritos, destacan los microchips de electroforeis (ME).

Actualmente, la mayor parte de los elementos electrónicos se pueden miniaturizar. Sin embargo, los elementos ópticos de muchos de los sistemas de detección empleados son, hoy por hoy, dificiles de miniaturizar sin perdida de prestaciones. En este punto los sistemas de detección electroquímicos son facilmente miniaturizables sin perdida de sensibilidad e incluso mejorando la relación señal/ruido.

 “Estamos ante chips al límite de su miniaturización”

Carver Mead, ingeniero electrónico estadounidense, gana el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento por su aportación al desarrollo de las tecnologías de la comunicación

·               Donald E. Knuth gana el Premio Fronteras del Conocimiento 2011

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Carver Mead, galardonado con el Premio Fronteras del Conocimiento. / FUNDACIÓN BBVA

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“En los años setenta la gente no creía que los chips pudieran hacerse pequeños”, ha dicho Carver Mead tras conocer que había ganado el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Tecnologías de la Comunicación, que ha sido comunicado hoy. El ingeniero fue el primero en predecir, en aquella época, que los chips integrarían millones de transistores. El primero, inventado por Jack Kilvy en 1958, tenía solo uno. Hoy, el pronóstico de Mead es una realidad gracias a la tecnología del silicio que él mismo contribuyó a desarrollar. Los chips contienen cada vez más información en un espacio más pequeño. El galardonado ha señalado hoy durante el anuncio de este premio que “ya estamos casi al límite de la miniaturización de los chips de tan pequeños que han llegado a ser”. Pero ha señalado que se buscan nuevos materiales. “Hay gente que inventa mucho”, ha dicho. En ese sentido, el pasado 12 de enero IBM anunciaba que científicos de la empresa y del Centro Alemán para las Ciencias de Láser de Electrones Libres (CFEL) han construido la unidad magnética de almacenamiento de datos mas pequeña del mundo, con capacidad de almacenar cien vece

                    CHIP

Nanotubos de carbono, hacía la miniaturizacion de circuitos integrados

Justo cuando parecía que los microchips no podían ser más pequeños, y la carrera por la miniaturización limitada por barreras físicas insuperables, una técnica desarrollada por investigadores del departamento de ingeniería de la Universidad de Cambridge promete dar lugar a circuitos integrados que no sólo son más pequeños sino que pueden soportar densidades de corriente eléctrica cinco veces mayores que la tecnología actual.

Esta ley empírica formulada en 1965 sostenía que aproximadamente cada 18 meses se duplica el número de transistores en un circuito integrado. En 1975 Moore le introdujo una modificación, y planteo que esto ocurriría cada 24 meses.  A pesar de que cuando se formuló no existían los microprocesadores (1971) ni los ordenadores personales (década de los 80), sus enunciados han servido de guía para la industria hasta el día de hoy.

Sin embargo en los últimos años los expertos de este campo comenzaron a preocuparse respecto a las posibilidades de poder seguir manteniendo un ritmo de desarrollo tan acelerado. Los obstáculos que aparecían en el futuro eran varios: por un lado el aumento del consumo de energía con su consecuente aumento en la generación de calor y el peligro que ello conlleva para la vida útil de los circuitos, por otro la imposibilidad de pasar más allá de cierta escala en la cual los electrones comienzan a saltar de una vía a otra sin respetar los trazados del circuito.

El problema era tal que comenzaron a surgir distintas criticas y planteos, que junto con la necesidad de desarrollar diferentes tipos de procesadores como alternativa a los actuales, dio origen a  desarrollos novedosos como el de procesadores basados en ADN. Los mas críticos sostenían que no tenia ningún sentido seguir intentando concentrar cada vez mas circuitos y energía en espacios cada vez más pequeños, y lo necesario no era un nuevo desarrollo nanotecnológico que permitiera atravesar ese umbral que comenzaba a vislumbrarse a lo lejos, sino un cambio rotundo en la manera que tenemos de pensar los procesadores, un giro copernicano en nuestra forma de entender la computación actual.

Pues bien, justo cuando ese umbral parecía ya estar demasiado cerca, una nueva tecnología acaba de hacerlo desaparecer del horizonte de la computación una vez más, aunque sea por un tiempo. El profesor John Robertson y  Santiago Esconjauregui han desarrollado una técnica que permite remplazar el cobre hasta ahora utilizado para conducir la electricidad en los circuitos integrados por nanotubos de carbono.

Los nanotubos de carbono consisten en un ordenamiento especial de los átomos de carbono. Normalmente, por ejemplo en el grafito,  los átomos se disponen de manera hexagonal y se ordenan en capas formando hojas o planchas. En los nanotubos estas capas son enrolladas formado tubos muy diminutos, de un diámetro equivalente a unos pocos átomos de carbono. Estos nanotubos de carbono pueden soportar altas densidades de corriente eléctrica, lo que los transforma en excelentes candidatos para sustituir al cobre en los circuitos integrados.

La miniaturización de los componentes de los circuitos integrados, ha obligado a una miniaturización proporcional de los hilos conductores de cobre que conectan a estos componentes, se ha ido aumentando así la densidad de corriente eléctrica que el cobre debe trasportar llegándose a un punto donde será necesario transportar más energía que la que esa cantidad de cobre puede transportar.

Para que sea factible sustituir el cobre por nanotubos de carbono, estos deben ordenarse en paquetes de muy alta densidad, lo cual no era posible hasta ahora.  Sin esta densidad, la cantidad de corriente que se puede conducir a través de los nanotubos no es suficiente.
Los nanotubos de carbono se cultivan depositando una fina película de un catalizador, como el hierro, sobre un sustrato, luego se cambiaban las propiedades del catalizador a través del uso de calor, lo cual genera una serie de nanopartículas que son la base para el crecimiento de cada nanotubo. Este proceso da como resultado paquetes de nanotubos, pero de una densidad muy baja que no permiten la conducción de electricidad necesaria.

El profesor Robertson y sus colegas han ideado un método para el cultivo de paquetes de nanotubos a través de la repetición en múltiples pasos del mecanismo anterior, resultando en aumentos sucesivos de la densidad de las nanopartículas. Los paquetes resultantes tienen una densidad que es cinco veces mayor que la obtenida hasta ahora, lo cual permite conducir una densidad de corriente eléctrica cinco veces mayores que la tecnología actual. Quedando abierta la posibilidad de aumentar cada vez mas esta densidad en el futuro.

Se abren así nuevas oportunidades para continuar con la miniaturización de los microchips de nuestros ordenadores, celulares, pads, y gadgets. A la vez que se evita un cambio radical en la forma de fabricación que pudiera implicar una baja en la tasa actual de implementación tecnológica. Una vez más la Ley de Moore no solo ha demostrado su funcionalidad, sino que ha logrado superar un escollo grave que amenazaba con dejarla en desuso. La única mala noticia de esto es que nuestros dispositivos continuaran perdiendo rápidamente su valor a la razón de un 50% al año.

Desde que en 1975 Gordon E. Moore modificara parte de los enunciados de lo que hoy conocemos como Ley de Moore, la industria de la circuitos integrados y los microprocesadores ha venido cumpliendo a rajatabla con la misma.

BIENVENIDA

Hola a todos, soy el chico que acaba de incorporarse al curso.  Espero que sigais mi blog y que os guste sus contenidos.

A continuación indico los blogs de mis compañeros:


Javier Linero
Jorge Morales
Javier Bermudo
Juan Castillero
 Nicolas diaz
Jose Antonio Garcia
Hector Olivares
Cristobal Palacios
Laura Quijada
Estefania Ocaña
Jose Ramirez
Antonio Caro
Antonio Canamero