La nanotecnología es indudablemente una de las áreas de investigación primordiales de este siglo. Gracias a ella, se desarrollan continuamente sistemas (objetos complejos interrelacionados) con propiedades totalmente novedosas y se mejoran los materiales y los procesos existentes. En este sentido, juegan un papel decisivo los materiales consuyentes de estos sistemas nanométricos (de dimensiones 1 millón de veces más pequeñas que el milímetro).
Esto es debido a que las propiedades de un material en la escala macroscópica vienen determinadas por su volumen, y la influencia de la superficie en las propiedades de dicho material es generalmente despreciable. Sin embargo, al reducir el tamaño de los materiales, la proporción de superficie respecto al volumen aumenta exponencialmente, de manera que su contribución deja de ser despreciable y pasa a ser determinante en sus propiedades finales.
Esto es especialmente importante en el caso de las nanopartículas que son partículas de dimensiones nanométricas. Estas nuevas propiedades de los materiales se estudian en la actualidad a través de la disciplina conocida como Nanociencia, que a su vez está dando lugar a innumerables aplicaciones tecnológicas en una clara transferencia de la Nanociencia hacia la nanotecnología. Por tanto, la nanotecnología no consiste únicamente en la miniaturización de los objetos existentes, sino que se fundamenta en nuevos materiales (nanomateriales) con propiedades novedosas, muy diferentes al material en la escala macroscópica. Un ejemplo de ello es que una nanopartícula de oro puede presentar un comportamiento ferromagnético semejante a los imanes (como el hierro), si bien el oro con dimensiones macroscópicas no lo presenta.
Actualmente nos encontramos en un momento de rápido avance de la Nanociencia que revierte en grandes progresos en la Nanotecnología, pero se necean herramientas capaces de generar nano-objetos y manipular la materia a escala nanométrica para fabricar de manera precisa dispoivos avanzados a escala industrial para aplicaciones tan variadas como la catálisis, el almacenamiento de energía, la fabricación de sensores ultrasensibles, el almacenamiento de datos de alta capacidad y la nanomedicina entre otras.
Es importante que se produzca una transferencia de tecnología, es decir, que los estudios básicos de Nanociencia tengan una aplicación Nanotecnológica. Sólo de esta manera el esfuerzo realizado en investigación revierte en la sociedad. Los científicos, somos posibles actores de dicha transferencia. A continuación presentaremos 2 ejemplos de transferencia en los que hemos tenido la oportunidad de participar y que por lo tanto conocemos bien.
Física y química para fabricar nanopartículas
Existen dos grandes vías para la fabricación de nanopartículas: la química y la física. En general los métodos químicos son más eficientes, baratos y más fácilmente transferibles para su producción en grandes cantidades.
No obstante, tienen algunas liaciones intrínsecas: en particular no todos los elementos pueden sintetizarse en forma de nanopartículas y, por lo general, en los procesos intervienen disolventes, surfactantes y otros elementos que no pueden eliminarse completamente del producto final, y se sabe que trazas de dopantes pueden modificar radicalmente sus propiedades.
Por otro lado en los procesos químicos surgen cada vez más consideraciones acerca del uso de productos nocivos para el medio ambiente. Los métodos físicos son generalmente más costosos, pero presentan ciertas ventajas como por ejemplo: si se utilizan sistemas de ultra-alto vacío (con una ausencia de aire similar a la del espacio interestelar), las nanopartículas fabricadas tendrán una elevada pureza (sin surfactantes ni restos de disolvente).
Además, estos procesos no están liados por la termodinámica de reacciones químicas de manera que pueden fabricarse sistemas complejos no sintetizables mediante otros métodos. En el Insuto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC) hemos desarrollado una variante de las fuentes de nanopartículas llamada Multiple Ion Cluster Source (MICS) que pere fabricar nanopartículas con tamaño, composición y estructura controlados, todo ello en un solo paso y en condiciones de alto o ultra-alto vacío, lo que les garantiza una gran pureza química.
Ejemplos de partículas fabricadas con este método se presentan en la figura siguiente donde se muestran imágenes medidas con un microscopio electrónico de transmisión. La tecnología que pere fabricar estas nanopartículas ha dado lugar a una patente que ha sido licenciada a la empresa Oxford Applied Research Ltd. Como se puede observar en los ejemplos presentados en la figura, la tecnología es muy versátil ya que pere fabricar nanopartículas de aleaciones y también de tipo núcleo@corteza que por métodos químicos son, en algunos casos, inviables. En la primera fila de la figura se exponen imágenes de microscopía de nanopartículas de aproximadamente 5 nm, donde cada punto es un átomo de los elementos que compone las nanopartículas (Au: oro; Ag: plata; Co: cobalto). En la segunda fila se muestra su representación gráfica.
Nanopartículas de aleaciones.
ÁLVARO MAYORAL (INA) | DANIEL LLAMOSA (ICMM-CSIC)
Otro ejemplo de cómo una investigación básica puede contribuir al desarrollo tecnológico se encuentra en Next-Tip S.L., una empresa de base tecnológica o spin-off del CSIC. Respondiendo a una necesidad de mejora de la resolución de los equipos que manejamos para caracterizar los sistemas nanométricos, hemos desarrollado unas sondas para su uso en microscopía de fuerzas (ya desco en anteriores ediciones de esta sección) con las que se obtiene una mejora de la resolución y de la estabilidad de la medida, así como de la vida útil de la sonda.
Ejemplos de imágenes de microscopía de objetos de gran interés científico y tecnológico obtenidas con dichas sondas se presentan en la siguiente figura donde se muestran nanotubo de carbono (izquierda) y grafeno sobre silicio (derecha). Observen en este caso que el grafeno se dispone como una sábana con algunos pliegues sobre la ad derecha de la imagen. Al estar formado por una única capa de átomos de carbono, se intuye a su través la rugosidad del silicio sobre el que está dispuesto.
El grafeno se dispone como una sábana con algunos pliegues sobre la ad derecha de la imagen
LIDIA MARTÍNEZ ORELLANA (NEXT-TIP)
En este caso, además de inventores de la tecnología, nuestro compromiso con la transferencia de tecnología desde el laboratorio a la calle nos ha llevado a ser co-fundadores de la empresa Next-Tip. Dado el contexto socio-económico en el que nos encontramos actualmente, podría decirse que los científicos tenemos la responsabilidad de contribuir a la mejora de la sociedad y la calidad de vida con soluciones innovadoras e imaginativas. La nanociencia proporciona un marco adecuado para ello. Desde aquí hemos querido mostrar cómo incluso pequeños grupos de investigación pueden contribuir al desarrollo, en este caso de la Nanotecnología, y contribuir a la mejora de la compeividad europea frente a las grandes potencias en Nanotecnología como Estados Unidos o Japón.
Yves Huttel pertenece al grupo de Materiales Avanzados de baja dimensionalidad (LAM-ICMM-CSIC).
Fuente:http://www.elmundo.es/ciencia/2014/06/16/53904c88e2704e9a318b4578.html?intcmp=ULNOH002