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Concepto y Definiciones de Nanotecnología

Hay una convergencia multidisciplinaria sin precedentes de científicos dedicados al estudio de un mundo tan pequeño que no podemos verlo, ni siquiera con un microscopio de luz. Ese mundo es el campo de la nanotecnología, el reino de los átomos y las nanoestructuras. La nanotecnología es tan nueva que nadie está seguro de lo que va a resultar de ella. Aún así, las predicciones van desde la capacidad de reproducir cosas como diamantes y alimentos hasta que el mundo es devorado por nanorobots auto-replicantes.

Hay muchas definiciones de lo que la Nanotecnología es, acá te presentamos las mas importante y las oficiales :

Etimología de la Nanotecnología – Los Orígenes del vocablo

 nano + tecnología.

nano

introducido en 1947 (en la 14ª conferencia de la Union Internationale de Chimie) como prefijo para unidades de una millonésima parte, de los nanos griegos «un enano». Según Watkins, esto es originalmente » viejito «, de nannos » tío «, masc. de nanna » tía » . Anteriormente se usaba como prefijo para significar «enano, pez enano», y todavía en un sentido no científico de «muy pequeño».

tecnología (n.)

1610, «un discurso o tratado sobre un arte o las artes», de la tekhnologia griega «tratamiento sistemático de un arte, oficio o técnica», que originalmente se refería a la gramática, de tekhno-, combinando forma de tekhne «arte, destreza, oficio en el trabajo; método, sistema, un arte, un sistema o método de hacer o hacer», de PIE *teks-na- «artesanía» (de tejer o fabricar), de la forma sufija de raíz *teks- «tejer», también «fabricar». Para el final, ver -logía.

El significado «estudio de las artes mecánicas e industriales» (Century Dictionary, 1895, da como ejemplo «hilado, elaboración de metales o elaboración de cerveza») se registra en 1859. Alta tecnología certificada desde 1964; la forma corta de alta tecnología es desde 1972.

Definición # 1

La nanotecnología es la ciencia, la ingeniería y la tecnología llevadas a cabo a nanoescala, que es de 1 a 100 nanómetros.

Definición # 2

La nanociencia y la nanotecnología son el estudio y la aplicación de cosas extremadamente pequeñas y pueden utilizarse en todos los demás campos científicos, como la química, la biología, la física, la ciencia de los materiales y la ingeniería.

Definición # 3

Es la ciencia que se encarga de modificar o adulterar la materia como existe, pero a diferencia de las ciencias comunes, la nanociencia lo hace a un nivel molecular e incluso supramolecular, esto es, a una escala menor a un micrómetro .

Conceptos según fuentes oficiales

Para ayudarle a entender exactamente lo que es la nanotecnología, le daremos una o dos definiciones según varios autores.

Debido a que esta ciencia aún está evolucionando, no parece haber ninguna definición en la que todo el mundo esté de acuerdo.

Más allá de eso, diferentes individuos y grupos se centran en diferentes aspectos de la nanotecnología como disciplina. He aquí algunas definiciones de lo que es para su consideración:

«Estructuras, dispositivos y sistemas con propiedades y funciones novedosas debido a la disposición de sus átomos en la escala de 1 a 100 nanómetros. Muchos campos de trabajo contribuyen a la nanotecnología, incluyendo la física molecular, la ciencia de los materiales, la química, la biología, la informática, la ingeniería eléctrica y la ingeniería mecánica».

Esta definición de The Foresight Institute añade una mención a los diversos campos de la ciencia que entran en juego con la nanotecnología.

«La nanotecnología es el estudio de fenómenos y la puesta a punto de materiales a escala atómica, molecular y macromolecular, en los que las propiedades difieren significativamente de las de mayor escala. Los productos basados en la nanotecnología ya están en uso y los analistas esperan que los mercados crezcan en cientos de miles de millones de euros durante esta década».

La Comisión Europea ofrece esta definición de lo que es la nanotecnología, que repite el hecho mencionado en la definición anterior de que los materiales a nanoescala tienen propiedades novedosas y posiciona a la nanotecnología frente a su potencial en el mercado económico.

«La nanotecnología es la comprensión y el control de la materia en dimensiones entre aproximadamente 1 y 100 nanómetros, donde fenómenos únicos permiten aplicaciones novedosas. La nanotecnología, que abarca la ciencia, la ingeniería y la tecnología a nanoescala, incluye la creación de imágenes, la medición, el modelado y la manipulación de la materia a esta escala de longitud».

Esta definición de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología añade el hecho de que la nanotecnología implica ciertas actividades, como la medición y manipulación de la materia a nanoescala.

«La nanotecnología es un fenómeno económico, empresarial y social que se avecina. Los nano-abogados argumentan que revolucionará la forma en que vivimos, trabajamos y nos comunicamos.»

Esta última está tomada de una definición de nano tecnologia de Thomas Theis, director de ciencias físicas del IBM Watson Research Center. Ofrece una perspectiva más amplia e interesante del papel y el valor de la nanotecnología en nuestro mundo.

Extraído de Nanotechnology For Dummies (2ª edición), de Wiley Publishing

Hecho interesante :Para saber el tamaño real de un nanómetro, debes tomar un milímetro y dividirlo en un millón de partes, una de esas partes , se considera un nanómetro.

Lo puedes hacer igual con un metro, pero entonces debes dividir ese metro en mil millones, y una de esas partes es un nanómetro. Así de pequeña es esta medida.

Esto se expresa como : 10-9

En realidad la palabra «Nano» es una medida y no una cosa. Nano es la distancia entre dos átomos. Esto quiere decir, que la Nanotecnologia abarca y comprende muchas disciplinas, que tienen en común la escala a la cual trabajan.

Como es una ciencia relativamente nueva, no se conoce todavía el impacto que tendrá sobre los materiales y sobre el medio ambiente, o la economía, o incluso especulaciones sobre diferentes escenarios apocalípticos, que hemos visto en diversas películas y series de ciencia ficción, lo cual ha llevado a un debate abierto de las partes interesadas (Grupos de defensa y Gobiernos) sobre si una regulación es necesaria, que tipo de regulación, y como aplicarla.

Orígenes e Historia de la nanotecnología

¿Como empezó todo?

Las ideas y conceptos detrás de la nanociencia y la nanotecnología comenzaron con una charla titulada «There’s Plenty of Room at the Bottom» (Hay mucho espacio en el fondo) por el físico Richard Feynman en una reunión de la Sociedad Americana de Física en el Instituto Tecnológico de California (CalTech) el 29 de diciembre de 1959, mucho antes de que se utilizara el término nanotecnología.

En su charla, Feynman describió un proceso en el que los científicos podrían manipular y controlar átomos y moléculas individuales. Más de una década después, en sus exploraciones de mecanizado de ultraprecisión, el profesor Norio Taniguchi acuñó el término nanotecnología. No fue hasta 1981, con el desarrollo del microscopio de barrido de túneles que podía «ver» átomos individuales, que comenzó la nanotecnología moderna.

Richard Feynman: El Precursor

Richard Feynman es considerado como el padre de la nanotecnología , debido a su conferencia de 1959 titulada «Hay mucho espacio en la parte inferior» (There’s Plenty of Room at the Bottom) donde se explica la probabilidad de que los átomos puedan ser manipulados directamente. Feynman evoca un posible campo de investigación que entonces era inexplorado: lo extremadamente pequeño, el mundo de la nanoescala.

Basándose en el pequeño tamaño de los átomos, Feynman considera que es posible escribir grandes cantidades de información en superficies muy pequeñas: «Grandes volúmenes de información, bibliotecas enteras, en superficies tan pequeñas como la punta de una aguja», mencionaba Freynman. Una afirmación que no fue específicamente señalada, y que ahora se cita amplia-mente (de hecho, lo que en ese momento era inviable, ahora parece perfectamente factible, gracias a los avances en las microtecnologías). Feynman quería ir más allá de las máquinas macroscópicas con las que vivimos: imagina un mundo donde los átomos serían manipulados uno a uno y dispuestos en estructuras coherentes de muy pequeño tamaño.

En si, el concepto de «nanotecnología» fue primeramente usado por el profesor Norio Taniguchi del la Universidad de Ciencia de Tokyo en el año 1974.

Así que, usando los estudios realizados por el premio nobel de Fisica en 1965, Richard Feyman, la nanotecnología se define como el cambio de materiales, ya sea átomo por átomo o molécula por molécula. Esto implica que las propiedades críticas de materiales o dispositivos pueden estar en el rango de nanómetros, y que estos materiales y dispositivos están construidos a partir de átomos o moléculas individuales. Hoy en día, sin embargo, la nanotecnología se utiliza rara vez en este sentido estricto. Como se ha mencionado anteriormente, la producción de nanomateriales está químicamente integrado en este concepto.

linea del Tiempo de la nanotecnologia- Para ver el articulo principal sobre la linea del tiempo de esta disciplina, click en la imagen.

Las maquinas que permiten interactuar a nivel sub atómico : Los Microscopios

El desarrollo de nanociencias y nanotecnologías se basa en la invención de los instrumentos que permiten observar e interactuar con la materia en una escala atómica o sub-atómica. El primero de estos aparatos es el microscopio de túnel que fue inventado en 1981 por dos investigadores de IBM (Gerd Binnig y Heinrich Rohrer), y que permite recorrer superficies conductoras o semiconductoras utilizando un fenómeno cuántico denominado «el efecto túnel» , para determinar la morfología y densidad de estados electrónicos de las superficies que este explora.

El segundo es el microscopio de fuerza atómica, que es un derivado del microscopio de túnel, y que mide las fuerzas de interacción entre la punta del microscopio y la superficie explorada. A diferencia del microscopio de túnel, esta herramienta permite visualizar materiales no conductores. Estos instrumentos combinados con la fotolitografía permiten observar, manipular y crear nanoestructuras.

Fullerènes y nanotubos

En 1985, tres investigadores, Richard Smalley, Robert F. Curl (en la Universidad Rice en Houston) y Harold W. Kroto (Universidad de Sussex) descubrieron una nueva forma alotrópica del carbono, la molécula C60 que consta de 60 átomos de carbono dividida sobre los vértices de un poliedro regular formado de facetas hexagonales y pentagonales. Cada átomo de carbono tiene un enlace con otros tres. Esta forma es conocida como la Buckminsterfullereno o buckyball y lleva el nombre del arquitecto e inventor estadounidense Richard Buckminster Fuller quien creó varias cúpulas geodésicas cuya forma es similar a la C6014.

Más generalmente, los fullerenos de los cuales el C60 es solo una parte, son una nueva familia de compuestos del carbón. Estos no son equiláteros, su superficie consiste en una combinación de hexágonos y pentágonos como las facetas de un balón de fútbol. Esta disposición les da estructuras que están siempre cerradas en forma de jaula de carbono. Sin embargo, hubo que esperar hasta 1990 para que Huffman y Kramer, de la Universidad de Heidelberg, desarrollaran un proceso de síntesis para la obtención de estas moléculas en cantidades macroscópicas. Los nanotubos fueron identificados seis años después en un subproducto de la síntesis de fullereno.

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La Vision de Drexler

Sin embargo fue Eric Drexler que en 1986 , hizo que el término «nanotecnología» fuera amplia mente conocido. Con su libro «Motores de la Creación«, inspiró a muchos médicos y científicos algunos muy conocidos, incluyendo Richard E. Smalley , para empezar a estudiar las diversas aplicaciones de esta nueva ciencia. La definición de Drexler es más estricta que la Taniguchis: esta se limita a la construcción de máquinas y materiales complejos a partir de átomos individuales.

Drexler, en 1986 , co-fundo El Instituto de Estudios Prospectivos, para promover el estudio y aplicación de la Nanotecnologia. Drexler ya no tiene relación con este instituto al día de hoy. Fue Drexler el que pavimento el camino para la popularización de la nanociencia que atrajeron mucha atención, especialmente de grandes empresas.

Drexler escribe que si el desarrollo de las nanotecnologías, aparentemente inevitable en el proceso evolutivo, nos llevara enormemente a grandes áreas, también es muy probable que estas tecnologías se vuelvan destructivas si no las dominamos completamente.

En este sentido, una de las preguntas que se pueden plantear es la fuerte capacidad de penetración de las nanopartículas en los tejidos celulares. De hecho, debido a su tamaño más pequeño que las células, ya que estas últimas están en el estado de partículas, pueden anular ciertas barreras naturales. Esta propiedad ya está explotada en la industria cosmética.

Así las leyes físicas que parecen insuperables hoy en día podrían ser anticuadas en un futuro cercano, los productos creados podrían ser menos costosos, más sólidos, más eficientes gracias a la manipulación molecular. Pero Drexler también previó lo que podría llamarse el otro lado de la moneda, ya que esas tecnologías capaces de reproducirse o al menos replicarse a sí mismas podrían ser simplemente cataclísmicas o apocalipticas ya que, por ejemplo, las bacterias creadas con algún interés oscuro podrían replicarse al infinito y causar estragos en la flora, pero también en la fauna e incluso en la humanidad.

La nanotecnología en si de hoy por hoy no cae en lo que Drexler considera lo que es la nano tecnologia . A lo largo de los años noventa, Drexler repensó su concepto de esta ciencia como una de-limitación de la nanotecnología molecular (MNT), ya que el término se ha utilizado con frecuencia para describir todo el trabajo que se ocupa de las nanoestructuras, a pesar de que incluso se pueden usar la química ordinaria, métodos farmacéuticos o métodos físicos.

La Nanotecnología Hoy en día

El término se utiliza ahora para describir la investigación en la física correspondiente a los semiconductores y otros campos de la química, así como en áreas de ingeniería mecánica y tecnología de alimentos (nanoalimentos). Hablamos ahora de las «Nanotecnologías» así como las tecnologías a nano escala con muchos tipos de aplicaciones militares e industriales, por lo que muchos gobiernos han invertidos cuantiosas sumas de dinero en su investigación.

Los nanomateriales juegan ya un papel importante hoy en día: generalmente se producen por medios químicos o por métodos mecánicos. Algunos de ellos están comercialmente disponibles y se utilizan en productos comerciales.

La nanoelectrónica es increíblemente relevante hoy en día. Su afiliación con la nanotecnología no se ve uniformemente en la práctica de las políticas científicas y de investigación. Los efectos y la influencia de las partículas producidas artificialmente en el medio ambiente son poco claras e inexploradas en muchas áreas.

Una dirección de desarrollo de la nanotecnología puede verse como una continuación y expansión de la microtecnología (enfoque de arriba hacia abajo), pero una reducción adicional de las estructuras micrométricas suele requerir enfoques nuevos completamente no convencionales.

La química a menudo sigue el enfoque opuesto en nano tecnologia: de abajo hacia arriba. Los químicos, empleados generalmente a nivel molecular, las dimensiones de los nanómetros se realizan a partir de un gran número de moléculas a nanoescala. Un ejemplo son los dendrímeros.

Una pequeña rama de la nanotecnología se ocupa de nanomáquinas o nanobots.

Con la Nanotecnología se podría ser capaz de crear nuevos materiales y dispositivos que pueden ser empleados de muchas maneras, en medicina, dando pie a la nanomedicina, o a la electrónica , convirtiéndola en nanoelectrónica.

Gracias a esta ciencia, desastres ambientales , enfermedades terminales y muchos otros problemas que enfrenta el planeta se podrán solventar a escala microscópica, es aquí cuando la ciencia ficción deja de serlo y la Nanociencia se convierte en la verdadera solución a todos los problemas de la humanidad.

Ya sabemos que es la Nanotecnolgia, pero y los nanomateriales?

Nanomateriales

Es todo material con componentes estructurados , osea que no son aleatorios , los cuales tienen al menos una dimensión inferior  a los 10 nm. ¿Pero que es una dimensión? Todos conocemos , el largo, ancho y alto de los objetos, pues si un material tiene una de estas dimensiones menor a los 100 nm , entonces se considera como un nanomaterial.

Dimensionalidad en nanomateriales

Los nanomateriales se pueden clasificar en nanomateriales 0D, 1D, 2D y 3D. La dimensionalidad desempeña un papel importante en la determinación de las características de los nanomateriales, incluidas las características físicas, químicas y biológicas. Con la disminución de la dimensionalidad, se observa un aumento en la relación superficie-volumen. Esto indica que los nanomateriales dimensionales más pequeños tienen una mayor superficie en comparación con los nanomateriales 3D. Recientemente, los nanomateriales bidimensionales (2D) han sido ampliamente investigados para aplicaciones electrónicas, biomédicas, de administración de fármacos y biosensores.

Enfoques Principales – Formas de construcción de los nanomateriales

Dos enfoques principales se utilizan en la nanotecnología: una es un enfoque «de abajo hacia arriba» donde los materiales y dispositivos se construyen átomo por átomo, y el otro enfoque es de «arriba hacia abajo» donde los materiales son sintetizados o construidos mediante la eliminación del material existente de los componentes más grandes.

Lee nuestro articulo principal : Los nanomateriales,  que son y como funcionan.

Disciplinas fundamentales : ¿Que estudia la Nanotecnología?

El desarrollo actual de las nanociencias y las nanotecnologías moviliza y abarca un amplio espectro de dominios y disciplinas científicas.

Principales campos científicos

Desde el punto de vista del conocimiento científico , varias subdisciplinas son particularmente útiles para el desarrollo de los conocimientos básicos de la Nano tecnología. De hecho, un analisis detallado sobre la manera en que los artículos científicos sobre nanotecnologías y nanociencias se publican muestran la aparición de tres subcampos específicos:

  • – biociencias y farmacología: alrededor de la biología, laboratorios farmacéuticos y biotecnologías. Este campo puede calificarse como el de nanobiología o nano biotecnología;
  • – nanomateriales y síntesis química: alrededor de la química y los nanomateriales. Este campo puede calificarse como el de los nanomateriales;
  • – superconductividad y computación cuántica: esencialmente derivada de la microelectrónica, este campo puede calificarse como el de la nanoelectrónica.

Estos tres campos se articulan entre sí con más o menos intensidad . Tienen un gran impacto en la organización de la actividad industrial en la que se mueven. De hecho, la nanobiología se estructura esencialmente en torno a numerosas pequeñas empresas y grandes grupos farmacéuticos, mientras que las actividades industriales relacionadas con la nanoelectrónica se organizan principalmente en torno a grupos muy grandes y algunas pequeñas empresas .

Ingeniería Molecular

Engranaje molecular de una simulación de la NASA

La ingeniería molecular, posibilitada por la invención de un instrumento como el microscopio de tunelización, consiste en construir y desarrollar moléculas «personalizadas».


Industria Médica | Nanotecnología en la Medicina en el 2019

Las comunidades biológicas y médicas explotan las propiedades de los nanomateriales para una variedad de aplicaciones (agentes de contraste para imágenes de células, terapias para el control del cáncer, etc).

Las aplicaciones en este campo se agrupan bajo el término de nanobiología y nanomedicina. En Francia, Patrick Couvreur es el representante más antiguo de los investigadores de este tipo de Nanotecnología actual.

Las funciones que se le pueden dar a los nanomateriales interconectándolos con estructuras o moléculas biológicas son amplias. Por lo tanto, los nanomateriales son útiles para la investigación y aplicaciones en seres vivos e incluso in vitro. Esta integración permite la aparición de herramientas para el diagnóstico o la administración de fármacos.

Industria Energética

  • Podemos ver avances en almacenamiento, producción de energía y ahorro de energía.
    Las estructuras semiconductoras apiladas permiten obtener rendimientos mucho mejores para las células fotovoltaicas.
  • Las reducciones en el consumo de energía son posibles gracias a los sistemas de aislamiento térmico, una mejora de los materiales conductores. En el campo de la producción de luz, el uso de materiales derivados de nanotecnologías como los LEDs permite obtener un rendimiento muy interesante.
  • El uso de materiales nanoporosos para el almacenamiento de hidrógeno podría finalmente democratizar su uso, actualmente bloqueado por la pequeña cantidad de hidrógeno almacenada en depósitos convencionales que de otro modo están llenos de defectos (fugas, rendimientos pobres, pesado, caro, etc.)

Este hidrógeno podría utilizarse entonces en motores de combustión o pilas de combustible.

  • El uso de nanotubos de carbono en el campo del almacenamiento de electricidad podría conducir a la creación de una batería llamada supercapacitor, que se recargaría en segundos, siendo más ligero que una batería química y teniendo una vida util de unos 3.000 años.

Electrónica

Las estructuras de chips electrónicos o circuitos integrados ya están a escala nanométrica y se utilizan intensamente las nanotecnologías en su fabricación. El progreso continúa en las áreas de comunicaciones, almacenamiento de información e informática.

Durante mucho tiempo , la integración de componentes de dos micras, es decir, 2 * 10-6 m, sería considerada como el umbral absoluto de miniaturización para dispositivos semiconductores (el espesor de la línea en los circuitos de los primeros procesadores de Intel era del orden de 10 micrones. En ese momento se pensó que sería muy difícil superar la barrera de un micrón).

En 2004, las arquitecturas de 90 nanómetros (0,09 micras) son el común de los procesadores que ahora se producen en masa con una finura de 65 nanómetros desde el primer semestre del 2006. Los chips grabados en 45 nanómetros se liberaron a mediados del 2007, chips de 32 nanómetros fueron lanzados en el 2009, de 22 nanómetros en 2012 y 14 nanómetros en el 2013.

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Pero hay un límite absoluto, al menos para una tecnología convencional heredada de la fotolitografía, incluyendo las evoluciones de las tecnologías actuales, tales como fotolitografía «UV extrema», litografía de rayos X, grabado con haz de electrones, etc. La nanotecnología sugiere un nuevo enfoque más radical cuando las vías convencionales alcanzan sus límites.

Predominan dos grandes dificultades en la construcción de circuitos electrónicos basados ​​en la nanotecnología y, por lo tanto, en la aparición de la nano-computación:

  • A la escala del nanómetro, cada objeto es sólo un conjunto de los mismos ladrillos elementales: los átomos. A esta escala de una milionésima de un milímetro, las propiedades físicas, mecánicas, térmicas, eléctricas, magnéticas y ópticas dependen directamente del tamaño de las estructuras y pueden diferir fundamentalmente de las del material a nivel macroscópico que ha sido explotado hasta presente. Esto se debe a un conjunto de razones que incluyen el comportamiento cuántico, pero también la creciente importancia de los fenómenos de interfaz.
  • Hasta el día de hoy, es imposible controlar el montaje coordinado de un número muy grande de estos dispositivos de conmutación (por ejemplo, el transistor de nanotubos de carbono – CNFET para los circuitos electrónicos mono-moleculares híbridos «Transistor de efecto de campo de nanotubo de carbono» etc) en un circuito y aún menos a nivel industrial.

El siguiente esbozo se ofrece como una visión general y una guía temática de la nanotecnología. Click en la imagen y te llevara al articulo principal que presenta una visión general sobre la nanotecnologia.

Nanotecnología Actual

Nanomateriales (Lea nuestro artículo principal sobre los Nanomateriales)

La ciencia que estudia la dispersión ha llevado al desarrollo de diversos materiales con multitud de usos , por ejemplo las nanobarras , todos los fullerenos como los nanotubos de carbono y las nanopartículas .

El uso común en estos días es usar los nanomateriales en volumen.

Los nanomateriales tienen hoy por hoy un importante uso en la nanomedicina.

Los materiales de la nanoescala se utilizan a veces en las células solares de silicio que reducen el coste de las mismas.

Las nanoparticulas son usadas en la nanocomputación, dando pie para el desarrollo de mejores aparatos electrónicos. Vea nuestro articulo principal sobre la Nanocomputación.

La construcción y elaboracion de los nanomateriales tiene dos enfoques, de lo mas grande a lo mas pequeño y viceversa. Ver Nanomateriales.

Nanotubos de Carbono

De lo mas pequeño a los mas grande en Ingles Bottom-up

Es un proceso de construcción que funciona usando las mas pequeñas unidades de un material primero (en este contexto, los átomos) y los manipula uno a uno para dar vida a un producto mayor. Su fabricación es mucho mas barata que el método Top-Down

El enfoque «de lo mas pequeño a lo mas grande» , busca crear nanomateriales átomo por átomo o molécula por molécula en estructuras mas grandes.

En el estudio y la modificación del DNA , a partir de ácidos nucleicos se pueden esculpir otras estructuras buscando que componentes de una sola molécula se unan para formar moléculas mas grandes.

La nalolitografia se usa en la fabricación de circuitos integrados.

De lo mas grande a lo mas pequeño. Top-Down EN Ingles

Es un proceso de construcción en el que primero trabajamos a gran escala y luego se corta o se esculpe hasta que se tiene un producto más pequeño.

El proceso de fabricación usa grandes estructuras iniciales (macroscópicas), que pueden ser controlados externamente en el procesamiento de nanoestructuras.

Ejemplos típicos es el uso de la «molienda»

Se comienza con un patrón generado en una mayor escala, para luego reducirlo a la a nanoescala.
Es un proceso caro y lento, haciendo que no sea conveniente usarlo en producción masiva.

Enfoques funcionales

Estos enfoques buscan desarrollar componentes con una funcionalidad deseada sin tener en cuenta cómo se podría montar.

La electrónica molecular busca desarrollar moléculas con propiedades electrónicas útiles. Entonces podría ser utilizadas como componentes de un dispositivo nanoelectrónico de la molécula. Como ejemplo el rotaxano.
Los métodos químicos sintéticos también se pueden utilizar para crear lo que se denominan motores moleculares sintéticos, como en el llamado nanocar o nanocoche como se le conoce en Español.

Biomateriales

La biomineralización (por ejemplo la petrificación) es bastante común en el mundo biológico y ocurre en bacterias, organismos unicelulares, plantas (madera petrificada, por ejemplo), y animales (invertebrados y vertebrados). Los minerales cristalinos formados en este tipo de ambiente tienen a menudo características mecánicas excepcionales (e.g. fuerza, dureza, tenacidad) y ellas tienden a formar estructuras jerárquicas que exhiben un orden microestructural sobre un gama de escalas longitudinales o espaciales.

biomineralización

Típicamente los minerales cristalizan de una atmósfera que está debajo de la saturación con respecto a ciertos elementos del metal tales como el silicio, calcio y fósforo, y que se oxidan inmediatamente en una posición al pH neutral y a baja temperatura (0-40 grados C) .

La formación del mineral puede ocurrir dentro o fuera de la pared celular de un organismo, y hay reacciones bioquímicas específicas para la deposición mineral que incluyen los lípidos, las proteínas y los carbohidratos. La importancia de la maquinaria celular no puede ser sobre enfatizada, y es gracias a los avances en técnicas experimentales en biología celular y la capacidad de imitar el ambiente biológico que actualmente están obteniendo avances significativos.

Los ejemplos incluyen silicatos en algas y diatomeas, carbonatos en invertebrados, y fosfatos de calcio y carbonatos en vertebrados. Estos minerales a menudo forman características estructurales como conchas de mar y huesos, mamíferos y aves. Estos organismos han estado produciendo esqueletos mineralizados hace casi 600 millones años.

Conoce todo sobre la Biotecnología.

Los biominerales más comunes son las sales de fosfato y carbonato de calcio que se utilizan en conjunción con polímeros orgánicos como el colágeno y la quitina para dar fuerza mecánica a los huesos y conchas. Otros ejemplos incluyen yacimientos de cobre, hierro y oro que involucran bacterias.

Además, la mayoría de los materiales naturales (o biológicos) son compuestos complejos cuyas propiedades mecánicas son a menudo excepcionales, teniendo en cuenta los componentes débiles a partir de los cuales se constituyen. Estas complejas estructuras, que han surgido de cientos de millones de años de evolución, son materiales que inspiran a los científicos interesados principalmente en el diseño de nuevos materiales con propiedades físicas excepcionales para ser duraderos en condiciones adversas.

Previsión o especulación

Se pretende anticipar lo que la National Nanotechnology Initiative: FY 2008 Budget & Highlights podrían llegar a producir e incluso trata de proponer una agenda o guía en la cual la investigación actual se base y avance siguiendo sus pautas. A menudo tienen una visión en perspectiva de la nanotecnología, con más énfasis en sus implicaciones para la sociedad que en los detalles de cómo se podrían materializar tales invenciones.

Por ejemplo, la nanotecnología molecular que consiste en manipular moléculas con precisión. Esto es más teórico que todo lo anterior y está más allá de las capacidades actuales de producción.

Investigadores atacan las células cancerosas con ‘nano-terminadores’ de metal líquido – Ver articulo sobre los nano-terminadores aca.

La Nanorobotica se centra en máquinas autosuficientes con alguna funcionalidad operando en la nanoescala. Hay esperanzas de aplicar nanorobots en medicina, pero puede no ser fácil hacerlo debido a varias desventajas de estos dispositivos. Sin embargo, el progreso en materiales y métodos innovadores han demostrado con algunas patentes concedidas en los nuevos mecanismos de la nanofabricación para las aplicaciones comerciales futuras, que también contribuyen progresivamente en la manera hacia el desarrollo de nanorobots con el uso de conceptos nuevos como la nanobioelectronica.

La materia programable basada en átomos artificiales busca diseñar materiales cuyas propiedades puedan ser controladas de forma fácil, reversible y de manera externa.

Nanopartículas, nanomateriales y aplicaciones comerciales

Aunque ha habido un gran interés en las posibles aplicaciones de las nanotecnologías, gran parte de las aplicaciones comerciales se limitan al uso de una «primera generación» de nanomateriales pasivos. Esto incluye nanopartículas de dióxido de titanio en protectores solares, cosméticos y algunos productos alimenticios; nanopartículas de hierro en envases alimentarios; nanopartículas de óxido de zinc en protectores solares y cosméticos, en revestimientos exteriores, pinturas y barnices de decoración; y nanopartículas de óxido de cerio que actúan como catalizadores para combustibles, etc.

Un proyecto, The Project on Emerging Nanotechnologies, identifica los diversos productos basados en nanopartículas . En el 2014, el proyecto identificó más de 500 productos de consumo basados en nanotecnologías. En el 2017, el informe de este proyecto nos dice que el principal sector afectado por los productos de consumo nanotecnológico es el de la salud y el deporte (ropa, complementos deportivos, cosméticos, cuidado personal, protección solar, etc.), con el 59% de los productos, seguido por la electrónica y la informática, que supone el 14% (audio y vídeo; cámaras y películas; equipos informáticos; dispositivos móviles y comunicación).

Aplicaciones reales de la Nanotecnología

Enfoque ascendente y perspectivas en el 2019

Además, las aplicaciones que requieren la manipulación o disposición de componentes a nanoescala (atomo por átomo) requieren más investigación antes de poder comercializarlos. De hecho, las tecnologías que en la actualidad están marcadas con el prefijo «nano» a veces no están muy estrechamente vinculadas y distan mucho de los objetivos finales anunciados por las nanotecnologías, especialmente en el contexto de la fabricación molecular, que es una idea siempre sugerida por el término. Por lo tanto, puede existir el peligro de que se forme (o se forme) una «nanoburbuja» como resultado del uso del término por científicos y empresarios para recaudar recursos financieros adicionales, a expensas del interés real en el potencial de cambio tecnológico a largo plazo.

La  burbuja de la nanotecnología

David M. Berube, en su  libro sobre la burbuja de la nanotecnología, también concluye en este sentido recordando que parte de lo que se vende como «nanotecnologías» es en realidad una reelaboración de la ciencia de los materiales. Esto podría llevar a que la nanotecnología estuviera representada por una industria basada principalmente en la venta de nanotubos y nanoalambres (alambres unidimensionales medidos en nanómetros), lo que limitaría el número de proveedores a unas pocas empresas que vendieran productos de bajo margen con volúmenes muy grandes.