NANOCIENCIA
¿Qué es la nanociencia?
La palabra nanociencia es una compuesta de dos palabras: la palabra en latín "Nanus" que quiere decir enano, y la palabra Ciencia.
Nano se utiliza para describir una billonísima parte de algo. Por ejemplo, un nanometro, que se mide sobre la escala de diámetros atómicos. Un pelo humano tiene un grosor de unos 100.000 nanometros.
La nanociencia es el estudio de átomos, moléculas y objetos cuyo tamaño se mide sobre la escala nanométrica (1-100 nanometros).
La nanociencia es distinta a las otras ciencias porque aquellas propiedades que no se pueden ver a escala macroscopica adquieren importancia, como por ejemplo propiedades de mecánica cuántica y termodinámicas. En vez de estudiar materiales en su conjunto, los científicos investigan con átomos y moléculas individuales. Al aprender más sobre las propiedades de una molécula, es posible unirlas de forma muy bien definida para crear nuevos materiales con nuevas e increíbles características.
(Definición recogido de NanoEducation)
La química en la nanociencia
El futuro de la humanidad dependerá de tener instrumentos útiles en nuestro trabajo, tecnología, ocio y vida cotidiana. Estos instrumentos se fabricarán con materiales adecuados. Por razones prácticas (propiedades mejoradas y modulables) y energéticas, se tenderá a minimizar el tamaño de los artilugios.
Para alcanzar estos objetivos serán fundamentales los avances científicos y tecnológicos en nanociencia, en la que la química tiene mucho que aportar en el diseño, preparación y caracterización de nanomateriales.
La nanociencia y sus aplicaciones (nanotecnología) es un áreas de la ciencia de los materiales que aborda el estudio de objetos (una nanopartícula, NP) en escala nanométrica (orden de escala de centenares de nanometros(nm) 1 nm = 10-9. Ya existen numerosas aplicaciones industriales de los nanomateriales, con más de 1000 productos en el mercado que contienen nanopartículas (NPs), desde productos de cosmética a material deportivo. Esta es un área de negocio con un desarrollo muy amplio y unas excelentes perspectivas de futuro.
Actualmente existen muchos materiales nanoparticulados, especialmente derivados de metales de transición, como el oro, los óxidos de hierro, el dióxido de titanio, el óxido de zinc o el paladio, que se están aplicando en diversas investigaciones en fase académica, tales como la catálisis, transferencia energética, materiales magnéticos, étc. Otras aplicaciones prácticas de la nanotecnología serán en el desarrollo de equipos pequeños para monitorización (ambiental, salud, étc.) o en la fabricación de nanocápsulas para transporte de fármacos. Se podrán liberar fármacos en los órganos adecuados del paciente sin afectar a otras partes del cuerpo. Las nanocápsulas podrán dirigirse al sitio adecuado, por ejemplo usando materiales magnéticos.
Uno de los objetivos de la nanociencia es obtener NPs con estructuras determinadas (a medida) que se puedan correlacionar con las propiedades, lo que es importante para el diseño de nanomateriales con propiedades definidas (“materiales a medida”, “tailored’). Para alcanzar este objetivo se ha intentando combinar las propiedades de NPs de diversos tipos. Se ha empleado la mezcla física de las mismas, pero el resultado no ha sido satisfactorio. Se piensa que la combinación química de NPs puede ser un método más adecuado, pues permitiría combinar diferentes NPs a voluntad, con propiedades mejoradas (efecto sinérgico), con mayor control de la estructura del material, y mayor estabilidad.
En el último número de ACS Nano (2012, volumen 6, número 1) se publica un articulo (Hamers y col, ACS Nano 2012,6, 310-318) en el que se ha diseñado una estrategia para la obtención de NPs híbridas formadas por la combinación de óxidos de wolframio (WO3) y titanio (TiO2) a través de reacciones de [3+2] de alquinos con ácidas (reacción de Huisgen) que ha sido convenientemente actualizada por Sharpless (Premio Nobel de Química en 2001 por el desarrollo de métodos de síntesis asimétrica a través de reacciones de oxidación) como uno de los métodos preferido para realizar la clik chemistry; y que ha sido ampliamente usada en múltiples aplicaciones, desde la biomedicina a la ciencia de los materiales.
En esta investigación, los óxidos nanoparticulados (WO3 y TiO2) son modificados con ligandos orgánicos con funcionalidad ácida y alquino, respectivamente y se hacen reaccionar por el método desarrollado por Sharpless.
Los óxidos metálicos nanoparticulados, como el WO3 y el TiO2, son capaces de facilitar la separación y transferencia de carga promovidas por radiación lumínica. Esta propiedad hace que estos materiales sean muy atractivos para producir células fotovoltaicas, adecuados para fabricar paneles solares. Otra aplicación de estos nanomateriales es en foto-catálisis, es decir la aceleración de reacciones químicas por la radiación luminosa.
La posibilidad de mezclar varios tipos de óxidos metálicos nanoparticulados puede proporcionar mejores materiales para lograr estos objetivos. El trabajo descrito en ACS Nano describe la síntesis y caracterización de estos materiales y comprueban mejoras en las propiedades de los materiales híbridos en comparación con las NPs individuales, entre ellas, una eficaz transferencia de carga promovida por la luz y eficiente degradación foto-química del colorante azul de metileno.
Aunque las aplicaciones prácticas de esta investigación son evidentes, no hay que olvidar que es aún investigación básica; se están poniendo los cimientos para que en poco tiempo se puedan realizar aplicaciones tecnológicas. Otro aspecto importante de esta investigación es que se han desarrollado materiales con los que se pueden estudiar procesos básicos en ciencias físicas y químicas, como son entender procesos de transferencia electrónica e interacción de la luz con la materia.
¿Cambiará mi vida
la nanociencia?
En este momento la mayor parte de las nanotecnologías se dedican a
mejorar productos que ya existen. Por ejemplo, la nanotecnología hace
chips de computadora más pequeños y rápidos, y palos de golf más
fuertes y ligeros. Pero las futuras nanotecnologías atenderán asuntos de
importancia global, como la energía, la medicina, el agua y los alimentos
- Aparatos electrónicos: Los chips de computadora tienen partes de tamaño nanométrico, así que cuando usas un teléfono inteligente, una computadora portátil, una consola de juegos o cualquier otro aparato electrónico que tenga un chip, estarás usando la nanotecnología.
- Ropa :Los “pelitos” nanométricos en la superficie de una tela hacen que algunas piezas de vestir sean resistentes a las manchas.
- Equipos deportivos :Diminutos nanotubos de carbono hacen que algunas bicicletas, palos de golf y raquetas de tenis sean más fuertes y livianas.
- Productos de salud y belleza: Muchos bloqueadores solares contienen nanopartículas de dióxido de zinc o dióxido de titanio que protegen la piel de los rayos solares sin dejar una película blanca en la piel.
¿ Cambiará al mundo?
Por supuesto que no sabemos si la nanociencia realmente cambiará
al mundo. Por ahora la mayoría de los productos nanotecnológicos son
simplemente versiones mejoradas de cosas que ya tenemos: pantalones
resistentes a las manchas, cosméticos con texturas más suaves y calcetines
antibacterias. Pero los investigadores están trabajando en el desarrollo de
nanotecnologías que podrían revolucionar la vida alrededor del planeta:
combatiendo enfermedades, generando energía limpia, mejorando el
suministro de alimentos y purificando el agua.
- Medicina: La nanotecnología nos podría llevar a importantes avances en el campo de la salud, mejorando los métodos para detectar y tratar enfermedades como el cáncer. Actualmente se están utilizando pequeñísimas partículas de ferrofluido para mejorar las imágenes por resonancia magnética (MRI, por sus siglas en inglés)
- Energía :La nanotecnología podría transformar la forma como creamos, transmitimos, almacenamos y usamos la energía. En el futuro, la nanotecnología podría ayudarnos a fabricar líneas eléctricas, celdas fotovoltaicas y biocombustibles más eficientes, y hacer reactores nucleares más seguros.
- Comida :La nanotecnología ya está presente en los estantes del supermercado. Diminutas nanoestructuras hacen que los helados se vean y sepan mejor, mientras que las nanopartículas en las botellas de plástico ayudan a mantener fresca la cerveza. En el futuro, la nanotecnología podría ser usada en todas las fases de producción de los alimentos, desde el cultivo hasta el procesamiento y la distribución.
- Agua Los nuevos filtros hechos de nanofibras pueden remover bacteria, virus, metales pesados y materiales orgánicos del agua. Son relativamente baratos y fáciles de usar, así que los nanofiltros podrían ser usados mundialmente en países en vías de desarrollo para ayudar a prevenir enfermedades.
ESCALAS
- Macroescala:En la macroescala se encuentran las cosas que podemos ver con nuestros ojos, de grandes a pequeñas. Existen muchas maneras de medir las cosas en la macroescala, incluyendo metros. Un metro mide casi lo mismo que una yarda. Los niños de 6 años miden alrededor de un metro de alto. Una hebra de cabello es tan sólo la fracción de un metro, 0.1 milímetro.
- Microescala: La microescala es más pequeña que la macroescala. Para ver claramente las cosas de la microescala necesitamos herramientas como los microscopios. Las medimos utilizando micrómetros. Un micrómetro es la millonésima parte de un metro. Los glóbulos rojos miden alrededor de 10 micrómetros de ancho.
- Nanoescala: Existe una escala aun más pequeña: ¡la nanoescala! Las cosas en la nanoescala son tan pequeñas que no las podemos ver con nuestros ojos, ni siquiera con microscopios comunes. Necesitamos herramientas especiales para obtener sus imágenes. En la nanoescala medimos las cosas utilizando nanómetros. Un nanómetro es súper pequeño ¡la mil millonésima parte de un metro! El ADN mide sólo dos nanómetros de ancho
AUTOR: Samantha Caballero Silva
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