Nanotecnología: la clave para el desarrollo de soluciones innovadoras

La investigación y el desarrollo en nanotecnología continúan brindando beneficios inéditos a nuestra vida cotidiana y aportando nuevos productos en múltiples ámbitos, como seguridad alimentaria, salud, medicina, electrónica, transporte, energía, entre otros.

La posibilidad de adaptar las estructuras centrales de los materiales a nanoescala para lograr propiedades específicas –nuevas y mejoradas– es su gran diferencial.

¿De qué manera esta ciencia aplicada ofrece soluciones para diversas industrias?
 

Gestar una revolución dentro del laboratorio

A través del estudio y la manipulación de los materiales a escala nanométrica, la nanotecnología permite encontrar soluciones novedosas que pueden traducirse, para distintas organizaciones, en una mejora del rendimiento de todo el sector de la producción a partir de aplicaciones diversas, con una importante ventaja, la optimización de recursos.

No se trata de una tecnología específica, sino que involucra a un grupo de disciplinas científico-técnicas amplio y heterogéneo que trabajan en el diseño, caracterización, producción y aplicación de estructuras, componentes y sistemas.

Los materiales constituidos por estructuras tan pequeñas –átomos, moléculas o micromoléculas– presentan propiedades distintas de las de la escala tradicional, ya que se manejan por las leyes de la mecánica cuántica: nuevos atributos mecánicos, ópticos, químicos, magnéticos o electrónicos.
 

 
Asimismo, los materiales a nanoescala tienen áreas superficiales mucho más grandes que los de escala convencional, por lo que existe una mayor superficie disponible para interactuar con otros materiales alrededor. Y son los procesos y comportamientos que se dan a escala nanométrica los que los investigadores buscan recrear.

En ese sentido, y dado su incalculable potencial, la nanotecnología constituye hoy una verdadera revolución industrial.

La proyección de la nanotecnología en distintos sectores

La utilización de productos que contienen nanomateriales está introducida en casi todos los sectores industriales. Entre los principales, se encuentran:

• Nanoelectrónica. Abre paso a sistemas de almacenamiento de datos de muy alta densidad de registro. A su vez, este campo permite crear nuevas generaciones de computadoras, teléfonos, vehículos, electrodomésticos y cualquier sistema de automatización necesario en cualquier equipo de aplicación industrial o doméstico.

• Nanobiotecnología. Combina la ingeniería a nivel molecular con la biología. Sus innovaciones impactan, por ejemplo, en el ámbito de la medicina, a partir de sistemas de diagnóstico miniaturizados, transportadores de fármacos y nanocompuestos que mejoran la biocompatibilidad de los implantes.

• Investigaciones vinculadas con cuestiones sanitarias y medioambientales. Estas avanzan gracias a las nanotecnologías, con el desarrollo de instrumentos para detectar, neutralizar y eliminar la presencia de microorganismos o plagas por ejemplo. Del mismo modo, las técnicas de nanoetiquetado miniaturizado permiten realizar el seguimiento desde origen de los alimentos, para detectar potenciales contaminantes. Y los filtros nanoestructurados, por caso, pueden eliminar células virales y otras impurezas del agua.

• Producción y almacenamiento de energía. Esta ciencia posibilita optimizar la rentabilidad de los paneles solares, crear nuevos tipos de baterías, mejorar la eficiencia de la producción de combustible utilizando catalizadores más idóneos y perfeccionar sistemas de iluminación, entre otras innovaciones.

• Sistemas de construcción. Ganan eficiencia gracias a que los nanomateriales se pueden aplicar a productos como el cemento, el hormigón, las pinturas, los revestimientos, los materiales aislantes y el vidrio y eso contribuye a la reducción de peso o mejora aspectos como la durabilidad, fortaleza, ligereza, resistencia al fuego, estabilidad térmica y autolimpieza.

Al mismo tiempo, los procesos de fabricación en su sentido más amplio se ven impactados por los avances de la nanociencia. De hecho, en el área de la nanotecnología se diferencian dos tipos de métodos o enfoques en ese sentido:

• Top-down o “reducción del tamaño”: las técnicas de “arriba hacia abajo” logran la miniaturización de estructuras a escala nanométrica. Es el tipo de nanotecnología más frecuente en la actualidad. Se comienza con piezas de material más grande y se van removiendo partes para crear una estructura más pequeña.

• Bottom-up o “autoensamblado”: con las técnicas de “abajo hacia arriba”, se parte de una estructura nanométrica y se comienza un proceso de montaje que crea un mecanismo mayor. Comúnmente se conoce este autoensamblado como nanotecnología molecular. Es un proceso muy común en la naturaleza: las moléculas de agua se autoensamblan para formar copos de nieve, por ejemplo.

El hallazgo de nuevas propiedades en los materiales

Si bien los nanomateriales se pueden presentar de forma natural –por ejemplo, las cenizas generadas por un volcán–, algunos de los más utilizados se obtienen en laboratorios de investigación a partir de la reducción del tamaño de las partículas de estructuras existentes en la naturaleza.
 

 
Así, entre los tipos de nanomateriales manufacturados más comunes se ubican:

• Nanomateriales inorgánicos no metálicos. Como el óxido de aluminio que presenta gran resistencia al rayado y a la abrasión y el óxido de cinc, utilizado por sus propiedades filtrantes de la luz ultravioleta y antimicrobiana.

• Metales y aleaciones. Las aleaciones de oro, de plata, de platino, paladio y cobre están entre las de mayor producción, ya que presentan una elevada actividad catalítica, propiedades antimicrobianas, fototérmicas, fotoeléctricas y ópticas.

• Nanomateriales con base de carbono. Como los fullerenos –estables e insolubles en disoluciones acuosas–, el grafeno –de elevada dureza, elasticidad, flexibilidad y densidad–, los nanotubos de carbono –alta elasticidad, conductividad eléctrica y térmica, así como gran resistencia a la deformación y al estiramiento– y las nanofibras de carbono –elevada conductividad eléctrica y resistencia al fuego–.

• Nanopolímeros y dendrímeros. Estos materiales son conductores con alta superficie específica y presentan propiedades catalíticas.

• Puntos cuánticos. Estos nanocristales son semiconductores con propiedades electrónicas, ópticas, magnéticas y catalíticas.

• Nanoarcillas. Son materiales cerámicos de silicatos minerales, con una alta resistencia mecánica y efecto barrera frente a la humedad y el oxígeno.

Gracias a sus propiedades, los nanomateriales consiguen mejorar productos y procesos, para hacer más eficientes los múltiples ámbitos industriales y económicos. La respuesta está en ese mundo diminuto: solo hace falta asumir el desafío de conocer la infinidad de aplicaciones posibles y alinearlas con las necesidades de cada sector.

En Aintech investigamos y desarrollamos soluciones innovadoras a través de la nanotecnología para diversas industrias.