Aplicaciones
Medicina
La nanomedicina es una rama de la nanociencia y la nanotecnología que consiste en el uso del conocimiento molecular que se tiene de los seres vivos y la posibilidad de fabricar dispositivos que contribuyan a la mejora de la salud humana tanto en el ámbito de diseño, liberación de fármacos, construcción de nanomateriales biocompatibles, medicina regenerativa y mejora de técnicas terapéuticas como en el diagnóstico a través del incremento de sensibilidad y especificidad de técnicas convencionales con la fabricación de nanobiosensores.[18].
La medicina en escala nanométrica ofrece avances tecnológicos particulares que involucran el control, monitorización, reparación, control, defensa, construcción y mejora a los sistemas biológicos.[19] Se pueden encontrar diferentes aplicaciones en la administración de fármacos y genes, sondeo de estructura de ADN, biodetección de patógenos, ingeniería de tejidos, detección de proteínas, separación y purificación de moléculas y células biológicas, detección de tumores, entre otras muchas.[20].
En la farmacéutica se utilizan para tratamientos farmacológicos, regeneraciones, implantes de dispositivos y diagnóstico in vitro e in vivo, se espera que en el futuro se usen nanomáquinas o nanorrobots para que sean introducidos en el organismo humano y reparen daños celulares o transporten fármacos.[19].
El uso de los puntos cuánticos, nanocristales semiconductores que con base en el estímulo excitatorio son capaces de emitir luz a diferentes longitudes de onda, hacer posible el diagnóstico in-vitro, por lo que son utilizados como marcadores biológicos de la actividad celular. Un ejemplo de esto es su utilización para la temprana detección del Alzheimer mediante la detección de un ligando específico.[21].
Alimentos
La nanociencia es utilizada en la industria agroalimentaria y tiene algunas funciones entre las que destacan la prevención del deterioro microbiano de los alimentos envasados, el desarrollo de materiales de embalaje innovadores, la creación de pesticidas y suplementos alimenticios.[22].
Otra de las principales aplicaciones en esta área son los pesticidas donde se usan nano-encapsulados para su liberación controlada en el medio ambiente y su movimiento; como por ejemplo, los recubrimientos pueden permitir que las partículas no se adhieran a las plantas por su afinidad para que así no haya acumulación de sustancia tóxica y la liberación se hace de manera lenta para que no haya problemas de sobredosis temporal y se minimice la contaminación. No solo se le puede dar protección a los cultivos y evitar las plagas, también se puede aumentar la producción y calidad de los cultivos, donde fertilizantes en forma de nanoemulsiones se utilizan para aumentar la potencia de ingredientes activos o para reducir la cantidad de fertilizante que debe ser aplicado.[22].
Su aplicación en el envasado de alimentos son de las más importantes ya que sirven como barreras gas o rayos ultravioleta, alta resistencia a las temperaturas, propiedades antimicrobianas, entre otras aplicaciones.[22].
Computación y electrónica
Estas áreas son fundamentales ya que permiten que se descubra, prediga, entienda y confirme fenómenos y propiedades que tiene la materia a escala nanométrica. Se ha podido calcular una gran variedad de propiedades tanto físicas como químicas de las nanopartículas y las nanoestructuras gracias al desarrollo e implementación de métodos teóricos y de simulación computacional. Los cálculos utilizan distintas metodologías que pueden ser desde enfoques atomísticos hasta descripciones mecánico-cuánticas.[23].
Algunos de los principales avances en este campo son:.
Energía
En el ámbito energético los conocimientos de nanociencia se aplican para la mejora o implementación de materiales nanoestructurados en tecnologías como:[25].
Los conocimientos en nanociencia también pueden ser utilizados en la producción de energías renovables, aplicando, por ejemplo, recubrimientos anti-incrustantes y resistentes a la corrosión del agua de mar en la obtención de energía hidráulica, o la producción de biocombustible con ayuda de materiales con los que se puedan obtener cristales catalizadores encargados de generarlo.[26].
Nanomateriales
Los nanomateriales son materiales con al menos una dimensión en escala nanométrica.[27] Su estructura está compuesta por átomos reorganizados en formas específicas que les dan características especiales que se pueden usar a conveniencia; por ejemplo, se han podido fabricar materiales de aislamiento, herramientas mecánicas, fósforos, baterías, imanes de alta potencia, motores de vehículos, turbinas e implantes, mejora de fortaleza de fundidos, nanoesferas para extraer compuestos orgánicos del agua, pigmentos de pinturas, producción de dispositivos electrónicos a nanoescala.[12].
Los nanomateriales pueden ser de distintos tipos, entre ellos nanofibras, nanopartículas, nanocables, nanocristales y nanotubos, donde sus aplicaciones son muy extensas gracias a sus propiedades ópticas, catalíticas, electrónicas, mágneticas y mecánicas, estas propiedades pueden cambiar a causa de la forma y el tamaño.
Algunos ejemplos de nanomateriales son:.
Medio Ambiente
Por su tamaño, los nanomateriales son usados para purificar el agua o medir su calidad de acuerdo a las necesidades, por ejemplo, las nanopartículas de hierro han sido usadas para descontaminar agua de plomo y arsénico, pues tienen propiedades abortivas de estos elementos.[30] Otro ejemplo actual es el Drinkable Book creado por la Dr. Theresa Dankovich, es un libro que contiene veinticinco páginas que funcionan como filtros de agua donde a través del uso de nanopartículas de plata y cobre, es capaz de eliminar el 99.9% de la bacteria E.coli en el agua contaminada.[31].
Por otro lado, los nanomateriales, pueden ser perjudiciales debido a sus propiedades, como que son extremadamente móviles, pueden pasar fácilmente al torrente sanguíneo cuando se inhala o se ingiere, y posiblemente cuando se aplica a la piel y una vez dentro del cuerpo tienen acceso a la mayoría de órganos y tejidos, incluyendo el cerebro.
Por ejemplo en el caso del carbono 60 (C60), se han hecho simulaciones en las que este material entra al cuerpo y los resultados son que es capaz de interactuar con las células y el ADN ocasionando su deformación y evitando que funcionen como normalmente. Si el ADN fuera afectado, el daño podría ser heredado. Así mismo, se ha informado que agregados como este son tóxicos para bacterias, lo que sugiere un impacto negativo en los ecosistemas.
Además la inhalación de contaminantes químicos de tamaño nanométricos se asocia con ataques de asma, enfermedades del corazón, accidentes cerebrovasculares y enfermedades respiratorias.
Existen instituciones encargadas de regular los productos nanotecnológicos permitidos comercialmente como lo son la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) y la NRDC (Consejo para la Defensa de Recursos Naturales).[32].