jueves, 6 de diciembre de 2012

Nanotecnología: Tecnología Inimaginable (Emsamblaje)

Ensamblaje interdisciplinario


La característica fundamental de nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que están altamente especializados. Por tanto, los físicos juegan un importante rol 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 específico 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 diluirse, y es precisamente por esa razón por la que la nanotecnología también se refiere a ser una tecnología convergente.
Una posible lista de ciencias involucradas sería la siguiente:
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. Ese mapa debería estar completado a finales de 2006.

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.
Los procesos de incorporación de las nanopartículas se pueden realizar mediante extrusión o por recubrimiento, y los parámetros a controlar en el proceso de aditivación de los materiales son: la dispersión nanopartículas, la interacción de las nanopartículas con la matriz, las agregaciones que puedan tener lugar entre las nanopartículas y la cantidad de nanopartículas incorporada.

Riesgos Potenciales
Sustancias Viscosas
Recientemente, un nuevo estudio ha mostrado como este peligro de la “sustancia viscosa gris” es menos probable que ocurra de como originalmente se pensaba. K. Eric Drexler considera un escenario accidental con sustancia viscosa gris improbable y así lo declara en las últimas ediciones de Engines of Creation. El escenario sustancia viscosa gris clamaba la Tree Sap Answer: ¿Qué oportunidades existen de que un coche pudiera ser mutado a un coche salvaje, salir fuera de la carretera y vivir en el bosque solo de savia de árbol?. Sin embargo, se han identificado otros riesgos mayores a largo plazo para la sociedad y el entorno. Una variante de esto es la “Sustancia viscosa verde”, un escenario en que la nanobiotecnología crea una máquina nanométrica que se autoreplica que consume todas las partículas orgánicas, vivas o muertas, creando un cieno -como una masa orgánica muerta. En ambos casos, sin embargo, sería limitado por el mismo mecanismo que limita todas las formas vivas (que generalmente ya actúan de esta manera): energía disponible.

Veneno y Toxicidad
A corto plazo, los críticos de la nanotecnología puntualizan que hay una toxicidad potencial en las nuevas clases de nanosustancias que podrían afectar de forma adversa a la estabilidad de las membranas celulares o distorsionar el sistema inmunológico cuando son inhaladas o ingeridas. Una valoración objetiva de riesgos puede sacar beneficio de la cantidad de experiencia acumulada con los materiales microscópicos bien conocidos como el hollín o las fibras de asbestos. Hay una posibilidad que las nanopartículas en agua potable pudieran ser dañinas para los humanos y otros animales. Las células de colon expuestas a partículas de dióxido de titanio se ha encontrado que se descomponen a mayor velocidad de la normal. Las nanopartículas de dióxido de titanio se usan normalmente en pantallas de sol, haciéndolas transparentes, al contrario de las grandes partículas de dióxido de titanio, que hacen a las pantallas de sol parecer blancas.

El Futuro de la Medicina

Nanobots contra el cáncer

Un equipo de ingenieros químicos consigue destruir células cancerígenas humanas usando nanobots inyectados en el torrente sanguíneo, con una eficacia similar a la de la quimioterapia, pero sin los efectos secundarios de ésta.

La investigación dirigida por el Doctor Mark E. Davis del Instituto de tecnología de California -Caltech-, ha conseguido hacer realidad lo que, hasta hace muy poco, era aún materia propia de la ciencia ficción: usar nano-robots para solucionar los problemas de salud humana “reparando” el cuerpo a nivel celular. En el caso del cáncer, estos nanobots detectan las proteínas usadas como marcadores del cáncer para detectar las células infectadas y administrar una ajustada cantidad de medicación que la inutiliza. El control celular de esta intervención asegura que no se produzcan daños a otras células, lo que disminuye drásticamente los efectos secundarios de otros tratamientos contra el cáncer.

La técnica empleada por el Doctor Davis -perteneciente al grupo del ARN interferente se ha probado eficaz en los tres pacientes de melanoma que se han sometido al experimento. En todos ellos se ha producido una reducción de las células cancerígenas debido a que las nanopartículas -de 70 nanometros de diámetro, es decir, más pequeñas que la mayor parte de los virus- son capaces de localizarlas y neutralizarlas con eficacia. La alta precisión de este proceso recibe el nombre de “Small interfering RNA” y esta es la primera vez que se emplea con éxito en humanos.


En el futuro, según un artículo publicado por el Doctor Davis en la prestigiosa revista Nature, ¿será posible llevar a cabo todo tipo de acciones a nivel celular, como hacerles llegar;; determinadas substancias, marcarlas para reconocerlas a posterior o destruirlas definitivamente?. El potencial último de esta tecnología está en la constante renovación de las células humanas, deteniendo su deterioro, que es la causa del proceso que conocemos como envejecimiento.
Y es aquí donde la ciencia se encuentra de nuevo con la ciencia-ficción, porque los avances realizados por el Doctor Davis y otros investigadores apuntan el camino hacia la “vida asistida” gracias a la nanotecnología.

¿Realmente podemos soñar en un futuro cercano, rodeado de estas maquinas invisibles?

Esta tecnología está en desarrollo, pero promete ser el próximo paso de la técnica humana. Una revolución que no pasara desapercibida, debido a que las utilidades son miles, que van desde curación de enfermedades hasta el momento incurables, como pequeños guardianes de nuestro metabolismo.

Historia de Los Nanorobot

Los nanorobots o nanobots hicieron su estreno en el imaginario colectivo el año 1959, en que el físico teórico Richard Feynman predijo que un día sería posible construir máquinas tan diminutas que estarían formadas de sólo unos pocos miles de átomos. Posteriormente en la novela de 1987, Enginesof Creation, Eric Drexler describe nanobots capaces de destruir células cancerígenas, recoger radicales libres o reparar el daño sufrido en los tejidos celulares.
El señor Eric Drexler, anteriormente, escribió la novela, basándose en algunas ideas previamente expuestas por el físico Richard Feynman. En ella habla de un nuevo concepto en la ciencia ficción y lo que se transformó en un objetivo real para muchos investigadores que creyeron en su realización: los nanorobots o Ensambladores. Lo que trató de explicar en su momento como pequeñas fábricas que tenían la capacidad de construir o destruir moléculas en base a elementos circulantes en el torrente sanguíneo, lo que originalmente llamó Ensambladores moleculares´ como una referencia a una estructura que existe en el interior de cada célula de todo ser vivo llamado Ribosoma que son los ensambladores´ naturales y los encargados de crear proteínas complejas a partir de aminoácidos que entran a las células.

¿Cómo funcionan?

Se utiliza nuestra propia energía para movilizarlos: el ATP. Imaginemos la proteína de ATP como un globo. Al interior se encuentra el preciado combustible que nos permitirá suplir de energía al robot. Para extraer esta energía es necesaria una enzima capaz de romper o pinchar este globo para que deje escapar la energía. Fue así como se ideó inicialmente una molécula de dos polos. Un polo sintético como motor o hélice y un polo biológico sería una enzima capaz de extraer la energía.

¿Cómo se Mueven?

Como el ingenio humano no tiene límites, cada grupo de científico se ha intentado resolver el problema a su manera. Desde la rudimentaria hélice, pasando por simular el movimiento de las bacterias por medio de brazos o cilios que sirven para nadar hasta uno de los más prometedores basado en ADN.

domingo, 2 de diciembre de 2012

El Nanobot o Robot mano.

El Nanobot

También llamado algunas veces nanoagente (nanoagent), hace referencia a una imaginaria máquina o "robot nano" de una escala de pocos centenares de nanómetros construido para tareas específicas (destruir células cancerígenas, recoger radicales o reparar el daño sufrido en los tejidos celulares). Los nanobots tendrían conceptualmente la capacidad de autoreplicarse así mismos. El prototipo de modelos para la mayoría de estos conceptos son células específicas (ejemplo fagocitos que ingieren materia externa) y maquinarias moleculares celulares (proceso de autoreproducción del ADN).


Las Principales Aplicaciones en la medicina.


Los diseños de nanorobots son muy variados. En el campo de la medicina se piensa hacer diseños que mejoren al eritrocito, a la mitocondria, a los leucocitos (en la reparación de tejidos), la cura el Cáncer o Sida e incluso pequeños nanorobot que modifiquen las cadenas del ADN.
  • Los nanocables de silicio son utilizados para detectar los marcadores moleculares que indican la presencia de cáncer en el cuerpo, a pesar del minúsculo tamaño de estos marcadores, cien mil millonésima parte de la proteína presente en una gota de sangre. También se ha conseguido la conexión directa con nanocables de células del riñón de embriones humanos y células madre de embriones de ratón haciendo que los cables penetren en las células de una forma natural mientras las células crecen en los cultivos.
  • Las nanopartículas son utilizadas para crear imágenes moleculares de lesiones malignas, lo que permite la detección temprana y la liberación de fármacos.
  • Entre los nanorobots que se construido para la ayuda de enfermedades del ser humano e inclusive para la misma investigación del mismo son los siguientes:
  • Nanorobots inmunológicos. El sistema inmune de nuestro cuerpo es el encargado de proporcionar defensas contra agentes extraños o nocivos para nuestro cuerpo, pero como todos los sistemas éste siempre no puede con todo. Entre las deficiencias esta el Sida y enfermedades autoinmunitarias. La solución que ofrece la nanomedicina es proporcionar dosis de nanorobots para una enfermedad específica y la subsecuente reparación de los tejidos dañados, substituyendo en medida a las propias defensas naturales del organismo.
  • El NanoWalker es un nanorobot construido con fragmentos de ADN, de 10 nanómetros de alto, que aunque no es capaz de mutar ni de reproducirse, puede dar pequeños pasos, juntando y separando sus piernas, sobre un camino elaborado también con ADN. Está constituido por una serie de moléculas que, a partir de las reacciones químicas que tienen lugar entre las "piernas" y el "suelo", reproducen los movimientos sincrónicos del andar bípedo.
  • Respirocitos ¿Qué es? Todos sabemos lo que es un eritrocito, son las células rojas en la sangre que transportan el oxígeno a nuestros tejidos. El doctor Robert Freitas hace poco desarrolló el respirocito, es decir, un glóbulo rojo artificial. Un nanorobot que mide la milésima parte de un milímetro (una micra). ¿Cuál es la diferencia con un glóbulo rojo natural? La pequeña gran diferencia es que el respirocito puede proporcionar 236 veces más oxígeno.
Con una sola micra de diámetro, este robot esférico imita la acción de la hemoglobina natural que se encuentra en el interior de los hematíes, aunque con la capacidad de liberar hasta 236 veces más oxígeno por unidad de volumen que un glóbulo rojo natural.
Figura 2. Respirocito.
Los respirocitos incorporarán sensores químicos, así como sensores de presión. Preparados así para recibir señales acústicas del médico, que utilizará un aparato transmisor de ultrasonidos para darles órdenes con el fin de que modifiquen su comportamiento mientras están en el interior del cuerpo del paciente.
Otro nanorobot médico diseñado más recientemente es el microbívoro, un leucocito artificial.Una de las funciones principales de los leucocitos es absorber y asimilar invasores microbianos del torrente sanguíneo. Es lo que se denomina fagocitosis. Los nanorobots microbívoros desempeñarían esta labor pero mucho más rápido, con mayor fiabilidad y bajo control humano. Igual que el respirocito, el microbívoro es mucho más pequeño que un glóbulo rojo, pero es más complejo que el respirocito ya que en su construcción se emplea 30 veces más átomos.
Los nanorobots” son capaces de manipular moléculas o estructuras atómicas del tamaño de una millonésima de milímetro
Figura 3. microbívoro 
  • El microbívoro es una esfera aplanada con los extremos recortados. Mide unos 3 micrómetros de diámetro en el eje mayor y 2 en el eje menor. Este tamaño asegura que el nanorobot pase a través de los capilares más estrechos del organismo, por el bazo y cualquier otra parte del cuerpo humano. El microbívoro posee una boca con una especie de puerto de ingestión en la que se introducen los microbios para ser digeridos. También posee una parte trasera o puerto de escape, que es por donde se expulsa los restos del patógeno completamente digeridos.
  • Nanorobot que vuela por levitación magnética: es el primero de estas características y fue creado por ingenieros de la universidad de Waterloo en Ontario-Canadá. Tiene un valor incalculable para realizar tareas muy difíciles hasta ahora: ensamblar piezas diminutas, manipular materiales peligrosos y en la medicina para la microcirugía.
Figura 4.micro robot magnético volador 
Según sus creadores, se utilizan una serie de electroimanes para crear un campo magnético parabólico, sobre cuya parte superior levitaría el nanorobot. El dispositivo está dotado a su vez de otro grupo de pequeños electroimanes, cuyo campo magnético interactúa con el creado en primer lugar. Las fuerzas resultantes permiten al robot "volar" o girar en cualquier dirección.
En consecuencia, nos encontramos con un nanorobot que es capaz de volar y girar en cualquier dirección, en donde el mismo es controlado por un haz de luz y su fuente de energía es externa por lo que opera sin cables.
Dotado de nanopinzas, nuestro pequeño amigo esta capacitado para realizar trabajos de micromanipulación, ensamblando componentes en espacios verdaderamente dificultosos para llegar con el cuerpo humano lo que hace que la medicina sea una las que se beneficie de este levitador en aplicaciones de microcirugía entre otras.
  • Nanorobot neuronas. Se trata de un nanorobot que reproduce las funciones de las neuronas este nanobot neurona a diferencia de las neuronas normales es capaz de: Realizar la misma función de una neurona, pero miles de veces mejor.

Figura 5 nanorobot neurona
A diferencia de las neuronas que tienen un numero limitado de conexiones (sinapsis) con otras, conectarse con un numero muchísimo mayor de otros nanorobots por algún tipo de conexión inalámbrica. Dando así un resultado que podría aumentar cualquiera de nuestras capacidades cognitivas (inteligencia, memoria...) de forma sorprendente.
Finalmente se podrá decir de que en un futuro no muy lejano pequeñísimos "nanorobots", capaces de manipular moléculas o estructuras atómicas del tamaño de una millonésima de milímetro, podrán habitar en el interior del cuerpo humano y estar siempre atentos a enfrentar cualquier virus o enfermedad que pudiera aparecer.
En Conclusión: 
La nanomedicina está haciendo promesas que a muchos les resultan poco creíbles, tratar el envejecimiento natural o cambiar nuestra apariencia física son algunos de los objetivos a medio o largo plazo a los que se aspira con la utilización de estos nanorobots.
El tratamiento para combatir virus y bacterias, entonces, podría consistir en inyectar una dosis terapéutica de nanorobots suspendidos en un fluido que seguirán al pie de la letra las órdenes del médico.
Un objetivo de estos nanorobots es si una persona con problemas de respiración, pongamos, por ejemplo, neumonía, podría recibir una inyección de estas células artificiales, millones en una aplicación, con lo cual su oxigenación mejoraría notablemente. Si a un paciente se le inyectaran estos respirocitos podría permanecer debajo del agua o correr a máxima velocidad durante 15 minutos sin respirar.
Al sufrir una enfermedad genética se debe ingerir algunos nanobots que se introducirán en su ADN reparando así el gen defectuoso. Inclusive la cirugía plástica tradicional será eliminada, ya que nanobots médicos podrán cambiar el color de sus ojos, alterar la forma de su nariz, y más aún, podrán hacerle un cambio total de sexo sin el uso de cirugía.
Si nos da un resfrío o se contagia de SIDA, sólo tendrá que tomar una cucharada de un líquido que contenga un ejército de nanorobots de tamaño molecular programados para entrar a las células de su cuerpo o combatir los virus.
Un dispositivo que circule por el torrente sanguíneo humano para detectar, por ejemplo, depósitos de colesterol en los vasos y disolverlos, o encontrar virus y destruirlos.
La medicina preventiva tal como la conocemos esta a punto de transformarse ya que al sustituir por robots médicos cambiaria totalmente ayudando así al ser humano y creando asi una nueva generación del hombre.
Los nanorobots se puede decir que es algo que va a revolucionar el estilo de vida de muchas personas pero para que esto llegue hacerse realidad faltan muchos años. Ya que la tecnología va a pasos agigantados pero hay veces que en ciertos aspectos se atrasa, pero sabiendo que será una época donde la gente podrá ser sanada de sida, cáncer y otras enfermedades por los nanorobots puede que empresarios, gobiernos, etc. inviertan más en esta tecnología de vanguardia y revolucionaria que podrá hacer el cambio en muchas personas.
Cosas que solo podíamos ver en las películas o libros son ahora posibles gracias a sus avances, pero también tiene sus posibles riesgos. Los nanorobots puedan escapar del organismo humano por medio de la sangre, orina o deposiciones e invadan todos los organismos vivos del planeta, lo que podría significar la muerte para ellos, ya que reconocerían todo como no humano y lo destruirían.


sábado, 1 de diciembre de 2012

La Nanotecnología

¿Que es la Nanotecnologia?

La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican al un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman.

La mejor definición de Nanotecnología que hemos encontrado es esta: La nanotecnologia 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.


Beneficios de la Nanotecnología 

El uso de la Nanotecnología molecular (MNT) en los procesos de producción y fabricación podría resolver muchos del los problemas actuales. Por ejemplo:
  • La escasez de agua es un problema serio y creciente. La mayor parte del consumo del agua se utiliza en los sistemas de producción y agricultura, algo que la fabricación de productos mediante la fabricación molecular podría transformar.
  • Las enfermedades infecciosas causan problemas en muchas partes del mundo. Productos sencillos como tubos, filtros y redes de mosquitos podrían reducir este problema.
  • La información y la comunicación son herramientas útiles, pero en muchos casos ni siquiera existen. Con la nanotecnología, los ordenadores serían extremadamente baratos.
  • Muchos sitios todavía carecen de energía eléctrica. Pero la construcción eficiente y barata de estructuras ligeras y fuertes, equipos eléctricos y aparatos para almacener la energía permitirían el uso de energía termal solar como fuente primaria y abundante de energía.
  • El desgaste medioambiental es un serio problema en todo el mundo. Nuevos productos tecnológocos permitirían que las personas viviesen con un impacto medioambiental mucho menor.
  • Muchas zonas del mundo no pueden montar de forma rápida una infraestructura de fabricación a nivel de los países más desarrollados. 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.
  • 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.
  • Muchos problemas sociales se derivan de la pobreza material, los problemas sanitarios y de la ignorancia. La nanotecnología molecular podrían contribuir a reducir en grandes medidas a todos estos problemas y al sufrimiento humano asociado con ellos.

Capturar patógenos ocultos con nanopartículas

Utilizan la nanotecnología para capturar patógenos ocultos
Unos investigadores de la Universidad de Florida Central han desarrollado una técnica novedosa que podría proporcionar a los médicos una herramienta más rápida y más sensible para la detección de patógenos asociados con la enfermedad inflamatoria intestinal, incluida la enfermedad de Crohn.
La nueva técnica basada en nanopartículas también se puede utilizar para la detección de otros microbios que han desafiado a los científicos durante siglos debido a que se esconden profundamente en el tejido humano y son capaces de reprogramar las células para evadir con éxito al sistema inmunológico.

Los microbios reaparecen años más tarde y pueden causar problemas de salud graves, como se ha visto en casos de tuberculosis. Actualmente existen métodos de prueba para encontrar estos microbios ocultos, pero requieren mucho tiempo para completarse y, a menudo, retrasan la administración de un tratamiento eficaz durante semanas o incluso meses.

El Profesor Asociado de la UCF J. Manuel Pérez y el profesor Saleh Naser y su equipo de investigación han desarrollado un método que utiliza nanopartículas recubiertas con marcadores de ADN específicos para los patógenos escurridizos. La técnica es eficaz y más precisa que los métodos actuales, al detectar incluso pequeñas cantidades de un patógeno. Más importante aún, tarda horas en lugar de semanas o meses en ofrecer los resultados, pudiendo proporcionar a los médicos una herramienta más rápida para ayudar a los pacientes. El trabajo de investigación del grupo ha sido publicado recientemente en la revista PLoS ONE.