Introducción a la Nanotecnología

La nanotecnología fue recibida con sorpresa y enormes expectativas, no obstante, no transformará el mundo de la noche a la mañana a través de una revolución tecnológica, sino que mediante transformaciones graduales, como ha ocurrido con anteriores revoluciones tecnológicas.

||Autor Fotografía: Corporación IBM

Imagen originalmente creada por Corporación IBM. Corresponde a una molécula de ocho átomos de Cesio y ocho átomos de Iodo

 

Por Rafael Torres M. M.Sc. UCLA,
Analista de la Biblioteca del Congreso Nacional de Chile

 

La aparición de las nanotecnologías fue recibida con sorpresa, enormes expectativas y –cómo no- apocalípticas profecías acerca del fin de la raza humana, víctima de “las nanomáquinas” autorreproducibles y con capacidades evolutivas más allá de todo control humano. Sin embargo, en la actualidad, la civilización sólo se ha beneficiado de ellas y no se avizoran otros peligros que los habituales, cambio climático, meteoritos gigantes, supererupciones volcánicas, superbacterias (o virus) y uno que otro personaje mesiánico con acceso a códigos de disparo de armas nucleares.

Predomina, en cambio, la convicción de que la nanotecnología no transformará el mundo de la noche a la mañana a través de una revolución tecnológica, sino –como ha ocurrido hasta ahora- los cambios y transformaciones serán graduales, a través de un proceso acumulativo de cambios de las viejas tecnologías. Es probable que, muchos de estos cambios, sólo se evidencien al cabo años o décadas.

El origen

Es el 29 de diciembre de 1959, los estudiantes se agolpan a la entrada de una sala de conferencias del Instituto Tecnológico de California (Caltech), entre los cuerpos que se empujan y disputan la posibilidad entrar, se lee la nota con el motivo de tal conmoción, el –futuro- Premio Nobel de Física y miembro de la American Physical Society, Richard Feynman Ph.D., ofrecería un seminario titulado “There’s plenty of room at the bottom” (“Hay mucho espacio en el fondo”). Quienes traspusieron el umbral del salón de conferencias fueron conducidos al extraño y apasionante dominio de los nanomateriales y de la nanotecnología.

En su conferencia, Feynman describiría un proceso tal que permitiría a los científicos manipular y controlar átomos y moléculas a nivel individual; más de una década más tarde, en sus trabajos sobre maquinaria de ultraprecisión, el profesor Norio Taniguchi acuñó el término “nanotecnología”. Sin embargo, no fue sino hasta 1981 –con el desarrollo del escáner de efecto túnel (también llamado microscopio de efecto túnel)- que la nanotecnología comenzó.

Hoy, poco más de 58 años después de aquella conferencia, la nanotecnología -en rápido desarrollo- es parte de nuestro cotidiano, un cotidiano abundante en promesas para el futuro próximo.

¿Qué es la nanotecnología?

Como suele ocurrir, los términos difunden a una velocidad mucho mayor que su significado, es lo que ocurre con los conceptos de nanopartículas, nanomateriales y nanotecnología, que -aunque tenemos la idea general de que se trata de objetos extremadamente pequeños y de las tecnologías utilizadas para transformarlos en objetos útiles para la humanidad- carecemos de una definición, al menos operacional, de ellos.

Según la revisión “A Review on Nanoparticles: Their Synthesis and Types” del año 2014, del autor Saba Hasan, del Instituto de Biotecnología de la Amity University Uttar Pradesh, India, “la nanotecnología se refiere a la creación y utilización de materiales cuyos constituyentes existen en dimensiones de nanoescala y, por convención, tienen un tamaño no mayor que 100 nm”.

Definición que para el lector no especialista puede parece satisfactoria, sin embargo, adolece de varias incertezas:

  1. ¿Qué es un nm?
  2. Una partícula es un volumen, sin embargo se nos ofrece una definición unidimensional (“un tamaño no mayor que 100 nm”), dado que –se verá en breve- un nm es una unidad de longitud.
  3. Se habla de “materiales cuyos constituyentes existen en dimensiones de nanoescala”. Pero -en último término- ¿no están todos los materiales constituidos por átomos, que ciertamente tienen un tamaño menor que 100 nm?

Entonces, vamos por partes:

  1. En primer lugar, un nanometro es un submúltiplo de un metro, es exactamente la mil millonésima parte de un metro (tome un milímetro, divídalo en un millón de partes iguales y cada una de ellas tendrá una longitud de un nanometro). 100 nanometros corresponden a aproximadamente 1000 veces el diámetro del átomo de Hidrógeno.
  2. En segundo lugar, ha sido necesaria una definición un poco más amplia, que considerando las partículas en su naturaleza tridimensional, establece que ninguna de sus dimensiones espaciales es mayor que 100 nm.
  3. La tercera objeción es más difícil de salvar, pero si se especifica que se trata de constituyentes que o no existen o son muy escasos en la naturaleza, producidos a escala industrial vía nanotecnología, es posible construir una definición más amplia, pero no necesariamente 100% correcta.

Por otra parte, cuando se aborda el tema de la nanotecnología, encontramos en el NanoPortal del Gobierno de Canadá, la siguiente definición:

“La nanotecnología es la aplicación de la ciencia y la ingeniería a escala atómica. Facilita la construcción de nuevos materiales y dispositivos a través de la manipulación individual de átomos y moléculas. La nanotecnología permite el diseño átomo por átomo de diminutas estructuras con nuevas e intrigantes propiedades”. Muchas de tales propiedades se deben a que las nanoestructuras están al límite del dominio de los fenómenos cuánticos, caracterizados por no responder al paradigma determinista propio de la física clásica.

En la actualidad, las aplicaciones industriales de la nanotecnología han penetrado un amplio espectro de las actividades humanas. La base de datos de “nanowerk” , por ejemplo, publica un listado de más de cien nanomateriales y nanoestructuras que se usan en un sinnúmero de aplicaciones industriales y bienes de consumo masivo.

Un buen representante del impacto de la nanotecnología lo proporciona el grafeno, uno de los materiales señeros en este campo. Según “Graphene”, una publicación de la Royal Swedish Academy of Sciences , el grafeno es un alótropo bidimensional del carbono, se organiza en planos infinitos de un átomo de espesor. Sus propiedades son sorprendentes, tiene una alta conductividad eléctrica y térmica; su resistencia mecánica es mayor que la del acero y exhibe una gran flexibilidad –que lo hace ideal como conductor flexible- y, además de estas propiedades, su conductividad puede ser modulada por un campo eléctrico perpendicular a su superficie, transformándolo en un transistor (la unidad electrónica básica de los circuitos electrónicos) con dimensiones en la vecindad de 5 nm, ¡un orden de magnitud (diez veces) más pequeños que los transistores presentes en los microcircuitos actuales!

Otras aplicaciones pueden ser más pedestres, pero no menos revolucionarias; paradojalmente, el campo de lo muy pequeño se expande en proporciones gigantescas día tras día.

Mercado

Según el informe “The Maturing Nanotechnology Market: Products and Applications” de ABCC Research , publicado el año 2016, el mercado global de las nanotecnologías debería alcanzar, hacia el año 2020, un valor del orden de 90.500 millones de dólares, desde su valor de 39.200 millones en el año 2016. Con una tasa compuesta anual de crecimiento de (CAGR, su abreviatura en inglés) del 18,2% en dicho lustro.

Por otra parte, en el mismo período, el mercado de nanomateriales debería crecer desde 32.500 hasta 77.300 millones de dólares, con un CARG 18,9%; y el de los nanodispositivos subiría desde los 56,5 millones actuales hasta 195,9 millones de dólares, con un CARG de 28,2%.

Legislación

En la actualidad, no existe legislación que se aplique a la nanotecnología y/o nanomateriales, sino a su uso y consecuencias tanto para la salud humana como para el medioambiente

Con esos objetivos se han desarrollado distintos cuerpos legislativos, en diversas instancias nacionales e internacionales.

Canadá

Según la información entregada por el Concejo de Academias de Canadá, Health Canada -el año 2007- encargó a dicho concejo la determinación del estado del conocimiento en relación a los riesgos asociados a la nanotecnología y si tales riesgos podrían afectar las regulaciones que norman la investigación, la determinación de riesgos y su supervisión. El Panel de Expertos concluyó que no eran necesarios nuevos mecanismos regulatorios para enfrentar los desafíos presentados por la nanotecnología, aunque sugirió fortalecer los mecanismos ya existentes. Además, el Panel estimó necesario elaborar procedimientos estandarizados para el manejo apropiado de nanomateriales para garantizar la salud de los trabajadores y la supervisión efectiva de los efectos de aquellos sobre la salud de los consumidores, trabajadores y el medioambiente .

Estados Unidos de Norteamérica (EE.UU.)

Según el sitio web Nano.gov de EE.UU , la Iniciativa Nacional en Nanotecnología (National Nanotechnology Initiative, NNI) es una iniciativa presidencial sobre investigación y desarrollo (I&D) propuesta originalmente el año 2000 por el presidente Clinton y creada oficialmente el año 2003 por el presidente George W. Bush, en el “Acta del Siglo XXI para la Investigación y Desarrollo en Nanotecnología” (21st Century Nanotechnology Research and Development Act; P.L. 108-153). Cada año, las agencias miembro de la NNI envían una propuesta presupuestaria (NNI Supplement to the President´s Budget) que incluye las solicitudes presupuestarias para I&D de las agencias participantes. El Congreso, a su vez, aprueba o modifica las solicitudes a través de su proceso de Autorización y Asignación (Authorization and Appropriation Process). Durante el curso de más de una década, desde la creación de la NNI, los fondos asignados a I&D en nanotecnología han crecido desde 464 millones de dólares anuales, hasta 1.400 millones para el año fiscal 2017.

Es evidente que el desarrollo de un Mercado global para ideas y productos nanotecnológicos, descansa sobre la confianza de los consumidores y sobre una respuesta consensuada a los problemas medioambientales, de salud y seguridad; esquemas regulatorios eficientes y efectivos, y prácticas comerciales equitativas a nivel mundial. EE.UU. dispone de una variedad de instancias que facilitan y promueven la cooperación y coordinación internacional.

El Coordinador de Controversias Globales (Global Issues Coordinator) colabora en la coordinación internacional de actividades entre diferentes agencias miembro de la NNI, mientras la Oficina de Internacional y Regulatoria de Negocios de la Casa Blanca (White House Office of International and Regulatory Affairs, OIRA) promueve la colaboración internacional en una cantidad de temas, incluyendo Concejos de Cooperación Regulatoria (Regulatory Cooperation Councils) con Canadá y México, y el Foro de Cooperación Regulatoria de Alto Nivel (High Level Regulatory Cooperation Forum) con la Unión Europea (UE). Por otra parte, la Oficina de Cooperación en Ciencia y Tecnología del Departamento de Estado (State Department’s Office of Science and Technology Cooperation), establece vínculos en ciencia y tecnología –incluida la nanotecnología- entre EE.UU y otros países; las Comunidades de Investigación EE.UU.-UE, (US-EU Research Communities), constituyen una plataforma para que los científicos desarrollen y compartan un repertorio de común de protocolos y métodos para subsanar vacíos y barreras que permitan enfrentar y responder interrogantes relativas al medioambiente, salud y seguridad en relación al uso de nanomateriales . Las agencias miembro de la NNI, participan también en el Grupo de Trabajo en Nanotecnología de la OCDE (OECD Working Party on Nanotechnology, WPN), que constituye un foro asesor en temas emergentes en ciencia, tecnología e innovación, en relación al desarrollo y uso responsable de la nanotecnología. Agrupa los gobiernos para discutir y crear perspectivas políticas relacionadas con ella.

OECD

La mayoría de las jurisdicciones y estados miembro de la OECD han declarado que los marcos regulatorios y estatutos existentes proveen bases seguras para la regulación y fiscalización de nanomateriales (NM).

Éstos están implícitamente cubiertos bajo la definición de substancias químicas en los marcos regulatorios existentes; ver –por ejemplo- Regulación de los Nanomateriales bajo el Acta de Protección del Medioambiente de Canadá de 2016 (Regulating Nanomaterials under the Canadian Environmental Protection Act )

Unión Europea (UE)

Según el documento “El Marco Legislativo actual para Nanomateriales e Introducción a la Estimación del sobre Medidas para la Transparencia” (“Current legislative framework for nanomaterials & Introduction to the impact assessment on transparency measures”) el marco regulatorio actual para los nanomateriales en la UE, está contenido en dos tipos de legislación, por una parte está la legislación “horizontal”, que comprende REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals) y CLP (Classification, Labelling and Packaging). Aunque los nanomateriales están cubiertos por la definición de sustancias, no están mencionados explícitamente en REACH; en cambio -en el Artículo 9 de CLP (Evaluación de información de la peligrosidad de sustancias y mezclas)- se especifican normas para los nanomateriales.

Además de la legislación “horizontal”, hay una legislación producto específica para: cosméticos, seguridad alimentaria y biocidas.

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