Não há unanimidade nem clareza em torno da utilização da nanotecnologia e de tudo o que dela deriva: tanto a segurança como a privacidade e os possíveis riscos não são calculados. [6][7][8]​.

A nanotecnologia inclui o estudo, design, criação, síntese, manipulação e aplicação de materiais, dispositivos e sistemas funcionais através do controle da matéria em nanoescala e da exploração de fenômenos e propriedades da matéria em nanoescala.

Quando a matéria é manipulada em tão pequena escala, apresenta fenômenos e propriedades totalmente novos. Portanto, os cientistas usam a nanotecnologia para criar materiais, dispositivos e sistemas novos e baratos com propriedades únicas.

No entanto, a nanociência é uma disciplina dedicada ao estudo de fenômenos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em escala nanométrica.

O vencedor do Prêmio Nobel de Física de 1965, Richard Feynman, foi o primeiro a se referir às possibilidades da nanociência e da nanotecnologia em um discurso que proferiu no Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) em 29 de dezembro de 1959, intitulado Há muito espaço no fundo")[9]​, no qual descreveu a possibilidade de síntese através da manipulação direta de átomos. O termo "nanotecnologia" foi usado pela primeira vez por Norio Taniguchi em 1974, embora isso não seja amplamente conhecido.

Inspirado pelos conceitos de Feynman, K. Eric Drexler usou de forma independente o termo "nanotecnologia" em seu livro de 1986 Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, no qual propôs a ideia de um "montador" em nanoescala que seria capaz de construir uma cópia de si mesmo e de outros elementos de complexidade arbitrária com um nível de controle atômico. Também em 1986, Drexler cofundou o The Foresight Institute, ao qual não é mais afiliado, para ajudar a aumentar a conscientização e a compreensão do público sobre os conceitos da nanotecnologia e suas implicações.

Assim, a emergência da nanotecnologia como um campo na década de 1980 ocorreu através da convergência do trabalho teórico e público de Drexler, que desenvolveu e popularizou uma estrutura conceptual para a nanotecnologia, e avanços experimentais de alta visibilidade que trouxeram atenção adicional em larga escala para as perspectivas de controlo atómico da matéria.

Por exemplo, a invenção do microscópio de varredura em 1981 forneceu uma visualização sem precedentes de átomos e ligações individuais, e foi usado com sucesso para manipular átomos individuais em 1989. Os desenvolvedores de microscópios Gerd Binnig e Heinrich Rohrer do Laboratório de Pesquisa da IBM em Zurique receberam o Prêmio Nobel de Física em 1986.[10][11] Binnig, Quate") e Gerber também inventaram o microscópio de força atômica análogo naquele ano.

Os fulerenos foram descobertos em 1985 por Harry Kroto, Richard Smalley e Robert Curl, que juntos ganharam o Prêmio Nobel de Química de 1996.[12][13] Inicialmente C não foi descrito como nanotecnologia; O termo foi usado em conexão com trabalhos posteriores com tubos de grafeno (chamados nanotubos de carbono) com aplicações potenciais para dispositivos e eletrônicos em nanoescala.

No início dos anos 2000, o campo atraiu maior interesse científico, político e comercial que gerou controvérsia e progresso. Surgiram controvérsias sobre as definições e implicações potenciais das nanotecnologias, exemplificadas pelo relatório da Royal Society sobre nanotecnologia.[14] Os desafios surgiram da viabilidade das aplicações imaginadas pelos proponentes da nanotecnologia molecular, culminando num debate público entre Drexler e Smalley em 2001 e 2003.[15]

Enquanto isso, começou a surgir a comercialização de produtos baseados em avanços em tecnologias em nanoescala. Estes produtos estão limitados a aplicações em massa de nanomateriais e não envolvem controle atômico da matéria. Alguns exemplos incluem a plataforma Nano Silver, que utiliza nanopartículas de prata como agente antibacteriano, filtros solares transparentes à base de nanopartículas e nanotubos de carbono para tecidos resistentes a manchas.[16]​[17]​.

Os governos agiram para promover e financiar a investigação em nanotecnologia, começando pelos Estados Unidos com a sua Iniciativa Nacional de Nanotecnologia, que formalizou a definição de nanotecnologia baseada na dimensão e criou um conjunto de financiamento para investigação em nanoescala.

Em meados da década de 2000, uma nova atenção científica séria começou a florescer. Surgiram projetos para produzir um roteiro para a nanotecnologia[18]​[19]​ que se concentrava na manipulação atômica precisa da matéria e discutia capacidades, objetivos e aplicações existentes e projetadas.

Outras pessoas nesta área foram Rosalind Franklin, James Dewey Watson e Francis Crick que propuseram que o DNA era a principal molécula que desempenhava um papel fundamental na regulação de todos os processos do organismo, revelando a importância das moléculas como determinantes nos processos vitais.

Mas esse conhecimento foi mais longe, pois com isso foi possível modificar a estrutura das moléculas, como é o caso dos polímeros ou plásticos que hoje encontramos em nossas casas. Mas é preciso dizer que esses tipos de moléculas podem ser considerados “grandes”.

Hoje em dia, a medicina tem mais interesse em pesquisas no mundo microscópico, pois ali possivelmente se encontram as alterações estruturais que causam doenças, e nem é preciso dizer que os ramos da medicina que mais se beneficiaram, como microbiologia, imunologia, fisiologia; Também surgiram novas ciências, como a Engenharia Genética, que gerou polêmica sobre as repercussões de processos como a clonagem ou a eugenia.

O desenvolvimento da nanociência e da nanotecnologia na América Latina é relativamente recente, comparado ao que aconteceu globalmente. Países como México, Costa Rica, Argentina, Venezuela, Colômbia, Brasil e Chile contribuem mundialmente com trabalhos de pesquisa em diferentes áreas da nanociência e da nanotecnologia.[20] Além disso, alguns desses países também possuem programas educacionais nos níveis de bacharelado, mestrado, pós-graduação e especialização na área.

Contenido

La nanotecnología es la ingeniería de sistemas funcionales a escala molecular. Esto cubre tanto el actual trabajo como conceptos que son más avanzados. En su sentido original, la nanotecnología se refiere a la habilidad proyectada para construir elementos desde lo más pequeño a lo más grande, usando técnicas y herramientas, que actualmente están siendo desarrolladas, para construir productos completos de alto desempeño.

Un nanómetro (nm) es la mil millonésima parte, o 10, de un metro. Por comparación, los típicos largos de enlaces carbono-carbono, o el espacio entre estos átomos en una molécula, están alrededor de los y la doble hélice de un ADN tiene un diámetro de alrededor de 2 nm. Por otra parte, la forma de vida celular más pequeña, la bacteria del género Mycoplasma, tienen alrededor de 200 nm de largo. Por convención, la nanotecnología es medida en el rango de escala de entre de acuerdo a la definición usada por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional en Estados Unidos. El límite inferior está dado por el tamaño de los átomos (el hidrógeno tiene los átomos más pequeños, que tienen un radio aproximado de un veinteavo de nm conocido como radio de Bohr) dado que la nanotecnología debe fabricar sus dispositivos a partir de átomos y moléculas. El límite superior es más o menos arbitrario, pero se encuentra alrededor del tamaño en que fenómenos que no pueden ser observados en estructuras más grandes comienzan a ser aparentes y pueden ser usados en el nanodispositivo.[21]​ Estos nuevos fenómenos hacen que la nanotecnología sea distinta de los dispositivos que son meramente versiones miniaturizadas de un dispositivo macroscópico equivalente; tales dispositivos se encuentran a una escala más grande y caen bajo la descripción de microtecnología.[22]​.

Para poner la escala en otro contexto, el tamaño comparativo de un nanómetro a un metro es lo mismo que el de una roca al tamaño de la Tierra.[23]​ Otra forma de ponerlo: un nanómetro es la cantidad en que la barba de un hombre promedio crece en el tiempo al que a este le toma levantar la afeitadora a su cara.[23]​.

Se usan dos aproximaciones a la nanotecnología. En la aproximación "del fondo hacia arriba", los materiales y dispositivos son construidos a partir de componentes moleculares que se ensamblan por sí mismos químicamente por los principios del reconocimiento molecular. En la aproximación "de arriba abajo", los nano-objetos son construidos a partir de entidades más grandes con un control a nivel atómico.[24]​.

Áreas de la física tales como la duvitación nanoelectrónica, la nanomecánica"), nanofotónica y la nanoiónica") han evolucionado durante estás últimas pocas décadas para proporcionar un fundamento científico básico a la nanotecnología.

Do maior ao menor: uma perspectiva a partir dos materiais

Vários fenômenos tornam-se pronunciados à medida que o tamanho do sistema diminui. Estes incluem efeitos mecânicos estatísticos, bem como efeitos mecânicos quânticos, por exemplo, o “efeito de tamanho quântico”, onde as propriedades eletrônicas dos sólidos são alteradas com grandes reduções no tamanho das partículas. Este efeito não é acionado quando se passa de dimensões macro para dimensões micro. No entanto, os efeitos quânticos podem tornar-se significativos quando o tamanho do nanômetro é atingido, normalmente em distâncias de 100 nanômetros ou menos, o chamado domínio quântico. Além disso, uma variedade de propriedades físicas (mecânicas, elétricas, ópticas, etc.) mudam quando comparadas aos sistemas macroscópicos. Um exemplo é o aumento da relação entre área superficial e volume alterando as propriedades mecânicas, térmicas e catalíticas dos materiais. Difusão e reações em nível nanoescala, os materiais de nanoestruturas e nanodispositivos com transporte rápido de íons são geralmente conhecidos como nanoiônicos. As propriedades mecânicas dos nanossistemas são de interesse na pesquisa em nanomecânica. A atividade catalítica dos nanomateriais também abre riscos potenciais na sua interação com biomateriais.

Materiais reduzidos à nanoescala podem apresentar propriedades diferentes quando comparados àqueles que apresentam em macroescala, permitindo aplicações únicas. Por exemplo, substâncias opacas podem tornar-se transparentes (cobre); materiais estáveis ​​podem transformar-se em combustível (alumínio); Materiais insolúveis podem tornar-se solúveis (ouro). Um material como o ouro, que é quimicamente inerte em escalas normais, pode servir como um poderoso catalisador químico em nanoescalas. A maior parte do fascínio pela nanotecnologia surge desses fenômenos quânticos e de superfície que a matéria exibe em nanoescala.[25]​.

Do simples ao complexo: uma perspectiva molecular

A química sintética moderna atingiu o ponto em que é possível preparar pequenas moléculas para quase qualquer estrutura. Esses métodos são usados ​​hoje para fabricar uma ampla variedade de produtos químicos úteis, como produtos farmacêuticos ou polímeros comerciais. Esta capacidade levanta a questão de estender este tipo de controle para o próximo nível maior, buscando métodos para montar essas moléculas únicas em estruturas supramoleculares ou conjuntos que consistem em muitas moléculas dispostas em uma forma bem definida.

Essas abordagens usam os conceitos de automontagem molecular ou química supramolecular para organizar automaticamente suas próprias estruturas em algum arranjo útil por meio de uma abordagem de baixo para cima. O conceito de reconhecimento molecular é especialmente importante: as moléculas podem ser projetadas de tal forma que uma configuração ou arranjo específico seja favorecido devido a forças intermoleculares não covalentes. As regras de emparelhamento de bases de Watson-Crick são um resultado direto disso, assim como a especificidade de uma enzima sendo direcionada para um único substrato "Substrato (química)") ou o dobramento da própria proteína. Assim, dois ou mais componentes podem ser concebidos para complementaridade e atração mútua de tal forma que construam um todo mais complexo e útil.

As abordagens bottom-up devem ser capazes de produzir dispositivos em paralelo e ser muito mais baratas do que os métodos top-down, mas podem ser potencialmente superadas à medida que o tamanho e a complexidade da montagem desejada aumentam. As estruturas mais bem-sucedidas requerem arranjos de átomos complexos e termodinamicamente improváveis. No entanto, existem muitos exemplos de automontagem baseados no reconhecimento molecular em biologia, sendo um dos mais notáveis ​​o emparelhamento de bases Watson-Crick e as interações enzima-substrato. O desafio da nanotecnologia é descobrir se estes princípios podem ser usados ​​para alcançar novas construções além das naturais existentes.

Nanotecnologia molecular: uma visão de longo prazo

A nanotecnologia molecular, às vezes chamada de fabricação molecular, descreve nanossistemas manufaturados (máquinas em nanoescala) operando em escala molecular. A nanotecnologia molecular está especialmente associada ao montador molecular, uma máquina que pode produzir uma estrutura ou dispositivo desejado átomo por átomo usando os princípios da mecanossíntese. "A fabricação no contexto de nanossistemas produtivos não está relacionada e deve ser claramente diferenciada das tecnologias convencionais utilizadas para a fabricação de nanomateriais, como nanotubos de carbono e nanopartículas.

Quando o termo "nanotecnologia" foi cunhado e popularizado de forma independente por Eric Drexler (que na época não tinha conhecimento de um uso anterior por Norio Taniguchi) para se referir a uma futura tecnologia de fabricação baseada em sistemas de máquinas moleculares. A premissa era que analogias biológicas em escala molecular de componentes de máquinas tradicionais demonstravam que máquinas moleculares eram possíveis: há inúmeros exemplos em biologia, sabe-se que máquinas biológicas sofisticadas estocasticamente otimizadas podem ser produzidas.

Espera-se que os desenvolvimentos na nanotecnologia tornem possível construí-los por outros meios, talvez utilizando princípios de biomimética. No entanto, Drexler e outros pesquisadores[26] propuseram que uma nanotecnologia avançada, embora talvez inicialmente implementada por meios biomiméticos, poderia, em última análise, ser baseada nos princípios da engenharia mecânica, isto é, uma tecnologia de fabricação baseada na funcionalidade mecânica desses componentes (como engrenagens, rolamentos, motores e membros estruturais) que permitiria a montagem programável e posicional de acordo com uma especificação atômica.[27] O desempenho da física e da engenharia de projetos de exemplo foi discutido no livro. Drexler chamou Nanossistemas.

Em geral é muito difícil montar dispositivos à escala atómica, uma vez que é necessário posicionar átomos em cima de outros átomos de espessura e tamanho comparáveis. Outra visão, expressa por Carlo Montemagno"),[28]​ é que os futuros nanossistemas serão híbridos de tecnologia de sílica e máquinas moleculares biológicas. Richard Smalley argumenta que a mecanossíntese é impossível devido a dificuldades na manipulação mecânica de moléculas individuais.

Isso levou a uma troca de cartas entre a publicação ACS Chemical & Engineering News em 2003.[29] Embora a biologia demonstre claramente que os sistemas de máquinas moleculares são possíveis, as máquinas moleculares não biológicas estão atualmente apenas na sua infância. Os líderes na pesquisa de máquinas moleculares não biológicas são Alex Zettl e seus colegas que trabalham no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e na UC Berkeley. Eles construíram pelo menos três dispositivos moleculares diferentes cujos movimentos são controlados a partir da mesa, alterando a voltagem: um nanomotor de nanotubos, um atuador,[30]​ e um oscilador de relaxamento nanoeletromecânico.[31]​.

Nanomateriais

O campo dos nanomateriais inclui subcampos que desenvolvem ou estudam materiais que possuem propriedades únicas decorrentes de suas dimensões em nanoescala.[34]​.

Abordagem de baixo para cima

Estes procuram organizar os menores componentes em estruturas mais complexas.

Abordagem de cima para baixo

Estes procuram criar dispositivos menores utilizando dispositivos maiores para controlar sua montagem.

Abordagens funcionais

Estes procuram desenvolver componentes com uma funcionalidade desejada, independentemente de como possam ser montados.

Especulativo

Estes subcampos procuram antecipar o que as invenções nanotecnológicas poderiam alcançar ou tentar propor uma agenda que determine um caminho ao longo do qual a investigação possa progredir. Estes adoptam frequentemente uma visão em grande escala da nanotecnologia, com mais ênfase nas suas implicações sociais do que nos detalhes de como tais invenções podem realmente ser criadas.

Existem vários desenvolvimentos modernos importantes. O microscópio de força atômica (AFM) e o microscópio de tunelamento de varredura (STM) são versões iniciais das sondas de varredura que lançaram a nanotecnologia. Existem outros tipos de microscópio de sonda de varredura. Embora conceitualmente semelhantes aos microscópios confocal de varredura desenvolvidos por Marvin Minsky em 1961 e ao Microscópio Acústico de Varredura (SAM) desenvolvido por Calvin Quate e associado na década de 1970, os microscópios de sonda de varredura mais recentes têm resolução muito maior, uma vez que não são limitados pelo comprimento de onda do som ou da luz.

A ponta de uma sonda de varredura também pode ser usada para manipular nanoestruturas (um processo conhecido como montagem posicional). A metodologia de varredura orientada a recursos "sugerida por Rostislav Lapshin") parece ser uma forma promissora de implementar essas nanomanipulações em modo automático.[48]​[49]​ No entanto, este ainda é um processo lento devido à baixa velocidade de varredura do microscópio.

Várias técnicas de nanolitografia, como litografia óptica, nanolitografia dip-pen (litografia de raios X, litografia por feixe de elétrons) ou litografia de nanoimpressão) também foram desenvolvidas. A litografia é uma técnica de fabricação de cima para baixo, onde o tamanho da matéria-prima é reduzido a um padrão em nanoescala.

Outro grupo de técnicas nanotecnológicas inclui aquelas usadas para a fabricação de nanotubos e nanofios, aquelas usadas na fabricação de semicondutores, como litografia ultravioleta profunda), litografia por feixe de elétrons, usinagem por feixe de íons focado, litografia por nanoimpressão, deposição de camada atômica e deposição de vapor molecular, e também incluindo técnicas de automontagem molecular, como aquelas que empregam copolímeros di-bloco. Os precursores destas técnicas Eles são anteriores à era da nanotecnologia e são extensões no desenvolvimento de avanços científicos, em vez de técnicas que foram concebidas exclusivamente com o propósito de criar nanotecnologia e que foram o resultado de pesquisas em nanotecnologia.

A abordagem de cima para baixo antecipa nanodispositivos que devem ser construídos peça por peça em etapas, da mesma forma que outras coisas são feitas. A microscopia de varredura por sonda é uma técnica importante tanto para a caracterização quanto para a síntese de nanomateriais. Microscópios de força atômica e microscópios de tunelamento de varredura podem ser usados ​​para examinar superfícies e mover átomos sobre elas. Ao projetar pontas diferentes para esses microscópios, eles podem ser usados ​​para esculpir estruturas em superfícies e ajudar a guiar estruturas automontadas. Usando, por exemplo, a abordagem de varredura orientada a recursos, átomos ou moléculas podem ser movidos na superfície com técnicas de microscopia de varredura por sonda. Atualmente, é caro e demorado para ser usado na produção em massa, mas eles são adequados para experimentação em laboratório.

Em contraste, as técnicas bottom-up constroem ou desenvolvem estruturas maiores, átomo por átomo ou molécula por molécula. Essas técnicas incluem síntese química, automontagem e montagem posicional. A interferometria de dupla polarização é uma ferramenta adequada para a caracterização de filmes finos automontados. Outra variação da abordagem bottom-up é o crescimento epitaxial por feixe molecular (MBE). Pesquisadores do Bell Telephone Laboratories, como John R. Arthur, Alfred Y. Cho e Art C. Gossard, desenvolveram e implementaram o MBE como uma ferramenta de pesquisa no final dos anos 1960 e 1970. Amostras feitas pelo MBE foram fundamentais para a descoberta do efeito Hall quântico fracionário, pelo qual foi concedido o Prêmio Nobel de Física de 1998. O MBE permite que os cientistas organizem camadas atomicamente precisas e, no processo, construam estruturas complexas. Importante para a pesquisa de semicondutores, o MBE também é amplamente utilizado para fazer amostras e dispositivos para o campo emergente da spintrônica.

No entanto, novos produtos terapêuticos, baseados em nanomateriais sensíveis, como as vesículas ultradeformáveis ​​e sensíveis à tensão Transfersome"), estão em desenvolvimento e são aprovados para uso humano em alguns países.

Um dos principais instrumentos da micro e nanociência são os microscópios de sonda de varredura. Eles consistem basicamente em uma plataforma e uma sonda que varre ou escaneia a amostra.

A varredura pode ser feita movimentando a sonda ou a plataforma, utilizando atuadores de alta precisão. Os atuadores são um fator chave nesta tecnologia.

A sonda pode ser elevada ou abaixada, resultando em um sistema com três eixos de coordenadas, por um lado um plano de varredura x-y e por outro lado uma altura z, com os quais o relevo ou topografia das microestruturas pode ser estudado.

Não só se mede a geometria da amostra, mas dependendo do tipo de sonda utilizada, também podem ser medidas propriedades químicas, térmicas, elétricas ou mecânicas, o que abre uma janela de informação muito ampla que permite estudar as propriedades dos nanomateriais.

Alguns países em desenvolvimento já atribuem recursos significativos à investigação em nanotecnologia. A nanomedicina é uma das áreas que mais pode contribuir para o avanço sustentável do Terceiro Mundo, proporcionando novos métodos de diagnóstico e rastreio de doenças, melhores sistemas de administração de medicamentos e ferramentas de monitorização de alguns parâmetros biológicos.

Algumas gigantes do mundo da computação como IBM, Hewlett-Packard (HP), NEC e Intel estão investindo milhões de dólares por ano no assunto. Os governos do chamado Primeiro Mundo também levaram a questão muito a sério, com a clara liderança do governo dos EUA, que dedica centenas de milhões de dólares à sua Iniciativa Nacional de Nanotecnologia.

Na Espanha, os cientistas falam em “nanoorçamentos”. Mas o interesse é crescente, já que têm havido algumas conferências sobre o tema: em Sevilha, na Fundação San Telmo"), sobre oportunidades de investimento, e em Madrid, com um encontro entre responsáveis ​​de centros de nanotecnologia de França, Alemanha e Reino Unido na Universidade Autónoma de Madrid.

As indústrias tradicionais poderão beneficiar da nanotecnologia para melhorar a sua competitividade em sectores comuns, como o têxtil, o alimentar, o calçado, o automóvel, a construção e a saúde. O objetivo é que as empresas pertencentes a setores tradicionais incorporem e apliquem a nanotecnologia nos seus processos, a fim de contribuir para a sustentabilidade do emprego. Atualmente o valor no uso diário é de 0,2%.

A característica fundamental da nanotecnologia é que ela constitui um conjunto interdisciplinar de diversos campos das ciências naturais altamente especializados. Portanto, os físicos desempenham um papel importante não apenas na construção do microscópio utilizado para investigar tais fenômenos, mas também em todas as leis da mecânica quântica. Alcançar a estrutura do material desejado e as configurações de certos átomos faz com que a química desempenhe um papel importante. Na medicina, o desenvolvimento específico direcionado às nanopartículas promete auxiliar no tratamento de determinadas doenças. Aqui, a ciência atingiu um ponto em que as fronteiras que separam as diferentes disciplinas começaram a confundir-se, e é precisamente por esta razão que a nanotecnologia também se refere a ser uma tecnologia convergente.

Uma possível lista de ciências envolvidas seria a seguinte:

Nanotecnologia avançada, às vezes também chamada de "fabricação molecular", é um termo dado ao conceito de engenharia de nanossistemas (máquinas em escala nanométrica) operando em escala molecular. Baseia-se no fato de que os produtos manufaturados são feitos de átomos. As propriedades desses produtos dependem de como esses átomos estão organizados. Por exemplo, se realocarmos os átomos de grafite (composto principalmente de carbono) da grafite do lápis, poderemos produzir diamantes (carbono cristalizado puro). Se realocarmos os átomos da areia (composta basicamente de sílica) e adicionarmos alguns elementos extras, eles formarão os chips de um computador.

A partir dos inúmeros exemplos encontrados na biologia, sabe-se que bilhões de anos de feedback evoluído podem produzir máquinas biológicas sofisticadas e estocasticamente otimizadas. Espera-se que os desenvolvimentos na nanotecnologia tornem possível construir alguns significados mais curtos, talvez utilizando princípios biomiméticos. No entanto, K. Eric Drexler e outros investigadores propuseram que a nanotecnologia avançada, embora talvez inicialmente implementada através de princípios miméticos, poderia, em última análise, basear-se em princípios de engenharia mecânica.

Determinar um conjunto de caminhos para o desenvolvimento da nanotecnologia molecular é uma meta do Projeto de Mapeamento Tecnológico liderado pelo Battelle Memorial Institute (chefe de vários laboratórios nacionais dos EUA) e pelo Foresigth Institute. Esse mapa deverá estar concluído até ao final de 2006.

De acordo com relatório de um grupo de pesquisadores da Universidade de Toronto, no Canadá, as quinze aplicações mais promissoras da nanotecnologia são:[50]​.

Textil.

Desarrollo de tejidos inteligentes: capaces de repeler manchas, ser autolimpiables, anti olores o poseer nanochips para cambiar de color y temperatura.

Agricultura.

Diseño de productos para mejorar plaguicidas, herbicidas y fertilizantes. La principal finalidad es el mejoramiento de suelos. Además, podemos incluir en esta categoría los nano sensores para la detección de agua, nitrógeno, agroquímicos, etc.

Cosmética.

Desarrollo de cremas anti-arrugas o cremas solares con nanopartículas.

Ganadería.

Desarrollo de nanopartículas con el fin de administrar vacunas o fármacos para los animales, así como destinados a detectar microorganismos, enfermedades y sustancias tóxicas.

Alimentos.

Dispositivos (nanosensores y nanochips) que funcionen principalmente como nariz y lengua electrónica, es decir, para analizar aspectos relacionados con el olfato y el gusto. Son utilizados también para detectar la frescura y vida útil de un alimento, patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas, contaminantes… por otro lado, otro aspecto muy desarrollado es la creación de nanoenvases, como se explicará en el siguiente apartado. Estos poseen propiedades funcionales, nutritivas, saludables y organoeléctricas (descripciones de las características físicas que tiene la materia según las pueden percibir los sentidos, como sabor, textura, olor, color o temperatura).

Nanotecnologia aplicada a embalagens de alimentos

A preservação de alimentos é uma ideia que vem desde o início da história da humanidade. Desde a era pré-histórica, a necessidade de melhorar a conservação dos alimentos através de diferentes técnicas tem sido uma característica do comportamento humano. Fermentação, salinização, secagem ao sol, torra, cura, irradiação, carbonatação e adição de conservantes químicos e físicos foram desenvolvidas desde o início da humanidade. Todos esses métodos têm a mesma ideia central. Evidências arqueológicas apoiam a ideia de que técnicas de preservação foram desenvolvidas nas civilizações grega, romana e egípcia. Contudo, os vários métodos apresentam o desafio de manter as condições originais por longos períodos de tempo.

Os métodos de embalagem de alimentos visam garantir a qualidade dos alimentos para que suas propriedades permaneçam intactas. A embalagem principal visa proporcionar proteção física com a finalidade de evitar a contaminação dos alimentos com outros alimentos ou com microrganismos. Os materiais de embalagem são preferencialmente feitos de materiais biodegradáveis, com o objetivo de reduzir a poluição ambiental. Esta ideia foi concretizada graças à introdução da nanotecnologia.

Uma das aplicações da nanotecnologia na área de embalagens de alimentos é a aplicação de materiais aditivos com nanoargilas, que melhoram as propriedades mecânicas, térmicas e de barreira a gases, entre outras, dos materiais de embalagem. No caso da melhoria da barreira aos gases, as nanoargilas criam um caminho tortuoso para a difusão das moléculas dos gases, o que permite conseguir uma barreira semelhante com espessuras menores, reduzindo assim os custos associados aos materiais.

Os processos de incorporação de nanopartículas podem ser realizados por extrusão ou por revestimento, e os parâmetros a controlar no processo aditivo dos materiais são: a dispersão das nanopartículas, a interação das nanopartículas com a matriz, as agregações que podem ocorrer entre as nanopartículas e a quantidade de nanopartículas incorporadas.

Os nanosensores auxiliam na detecção de qualquer alteração na cor dos alimentos e auxiliam na detecção de gases no interior do produto. Esses sensores são geralmente sensíveis a gases como hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, óxido de nitrogênio, dióxido de enxofre e amônio. Nanossensores são dispositivos que processam dados capazes de detectar alterações no nível de luz, calor, umidade, gases e sinais elétricos e químicos.[51]​.

Nanoemulsões são utilizadas para produzir alimentos para molhos de salada, óleos aromatizantes, adoçantes e outros. Auxiliam na liberação de diversos sabores com estímulos relacionados ao calor, pH, ondas ultrassônicas, etc. As nanoemulsões podem reter sabores de forma eficiente e prevenir oxidação e reações enzimáticas. As nanoemulsões são criadas principalmente através do envolvimento de alta energia com homogeneização de alta pressão, métodos de ultrassom, jatos coaxiais líquidos de alta velocidade e métodos de dispositivos de alta velocidade. Da mesma forma, os métodos de baixa energia envolvem emulsificação de membrana, emulsificação espontânea, deslocamento de solvente, ponto de inversão de emulsão e pontos de inversão de fase. Nanoemulsões são criadas dispersando a fase líquida em uma fase aquosa contínua. Os componentes usados ​​para criar nanoemulsões são do tipo lipofílico.[51]​.

Nanotecnologia aplicada à administração de medicamentos

Dentro das possibilidades de administração de medicamentos, surgiu a possibilidade de utilização da nanotecnologia como sistema de liberação do princípio ativo. Em geral, os veículos utilizados para administrar um medicamento devem ser de baixa toxicidade, com propriedades ótimas de transporte e liberação e meia-vida longa. Exemplos de nanossistemas são: micelas, lipossomas, dentrímeros, nanopartículas, nanotubos e bioconjugados.[52]​.

Nanopartículas são partículas coloidais sólidas com tamanho de 1 nm a 1.000 nm que são usadas como agentes de distribuição de medicamentos. Com isso, consegue-se um aumento na taxa de dissolução e no limite de saturação da solubilidade.[53]​ Existe também um tipo especial chamado nanopartículas lipídicas sólidas (SLN). Essas nanopartículas protegem o princípio ativo contra a degradação química, além de gerar maior flexibilidade na modulação da liberação do medicamento.[54]​.

Os lipossomas são moléculas anfifílicas, como os fosfolipídios, que formam vesículas de membrana de duas camadas que podem levar a vesículas. Os lipossomas são estruturas esféricas formadas por uma ou mais camadas que contêm uma fase aquosa em seu interior. Os lipossomas têm sido utilizados para melhorar o efeito terapêutico de drogas muito poderosas. Considera-se que este sistema de entrega reduz a toxicidade.[55]​.

bioconjugados ou conjugados poliméricos atuam como transportadores e como componentes biológicos (peptídeos, proteínas, nucleotídeos) que atuam como ligantes para efeitos ou alvos terapêuticos específicos. Um exemplo de bioconjugados com os produtos obtidos a partir da adição de polietilenoglicol (PEG) a medicamentos ou proteínas terapêuticas.[56]​.

dendrons ou dendrimers são nanomateriais que podem incorporar blocos de polímeros sintéticos ou componentes naturais. Sua estrutura fatorial hierárquica apresenta numerosos locais de conjugação para posições ou motivos alvo.[56]​.

Nanopartículas inorgânicas são nanopartículas construídas a partir de materiais inorgânicos. Os materiais mais comuns são pontos quânticos junto com ouro, prata, óxido de ferro ou nanopartículas mesoporosas. As propriedades características de cada material são tamanho, carga, química de superfície e estrutura.[56]​.

Um dos primeiros medicamentos em nanomedicina que se mostrou seguro pelo FDA foi obtido encapsulando a doxorrubicina em lipossomas. Esta nanoformulação melhorou as características farmacocinéticas e de distribuição da doxorrubicina, levando ao prolongamento da meia-vida e gerando um processo de acumulação no tecido tumoral.[57]​.

Nos últimos anos, foram desenvolvidos dispositivos implantáveis ​​de administração de medicamentos. A principal função desta nova tecnologia é a administração controlada do medicamento durante várias semanas a meses, de acordo com as necessidades terapêuticas de cada paciente. As terapias de longo prazo podem ajudar a melhorar a adesão do paciente aos tratamentos farmacológicos. Os dispositivos implantáveis ​​utilizam uma estratégia para agentes terapêuticos e algumas tecnologias ajudariam a controlar a liberação remotamente, usando radiofrequência, energia ultrassônica e campos magnéticos, as administrações poderiam ser ativadas e controladas. Apesar do grande número de estudos relatados sobre dispositivos médicos autorregulados e esforços tecnológicos, os benefícios deste tipo de tecnologia não foram comprovados.

Nanotecnologia aplicada à terapia do câncer

Um dos aspectos mais desafiadores das terapias contra o câncer existentes é a especificidade dos tratamentos. Isto poderia levar à redução dos efeitos tóxicos que ocorrem após a administração de terapias anticâncer. Além dessa possibilidade, a solubilidade e a biodisponibilidade de medicamentos pouco solúveis poderiam ser melhoradas. Devido a essas necessidades, surgiram algumas pesquisas que utilizam nanocarreadores (lipossomas, micelas poliméricas e nanopartículas poliméricas) para a preparação de novas formulações que melhorem a biodisponibilidade desses tratamentos e melhorem a distribuição do medicamento anticancerígeno no local do tumor. Entre os fatores considerados tipos físico-químicos estão o potencial Z, tamanho de partícula, carga catiônica na superfície e solubilidade.[58]​.

Nanotecnologia aplicada à terapia do HIV/AIDS

Os métodos de administração de medicamentos aplicados à administração sistêmica de medicamentos antivirais poderiam ter vantagens semelhantes aos exemplos de sucesso na terapia do câncer. Os sistemas de liberação controlada poderiam aumentar a meia-vida dos medicamentos, mantendo as concentrações plasmáticas em níveis terapêuticos por períodos de tempo mais longos, o que acaba tendo impacto na eficácia da terapia medicamentosa. Além disso, poderia ser obtido um melhor perfil de segurança que levasse a uma melhor adesão do paciente. Especificamente, a distribuição direcionada de medicamentos antivirais contra células CD4+ e macrófagos, bem como a distribuição a órgãos de difícil acesso, como o cérebro, o que poderia garantir a manutenção das concentrações através da geração de reservas latentes. Junto com o aprimoramento da terapia farmacológica nasceu a ideia de alcançar a terapia gênica por meio da nanotecnologia. A terapia genética, na qual um gene é inserido numa célula para interferir nos processos de infecção ou replicação, parece ser promissora. Há evidências indicando que o silenciamento genético pode ser uma ferramenta potencial para atingir genes de interesse. Também foi descrito que seria possível gerar vacinas eficazes e seguras contra o VIH/SIDA. É possível usar antígenos encapsulados em seu núcleo, a partir dos quais as células apresentadoras de antígenos podem processar, apresentar e apresentar antígenos de forma cruzada para células CD4+ e CD8+, respectivamente, ou absorver antígenos em sua superfície, permitindo que as células B gerem uma resposta humoral. Por outro lado, a imunoterapia para HIV/AIDS baseada em agentes virais e administração de células dendríticas autólogas geradas ex-vivo.[59]​.

Nanotecnologia aplicada à terapia do Alzheimer

Os métodos de tratamento nanotecnológicos produziram resultados interessantes na terapia da doença de Alzheimer. Os medicamentos normalmente disponíveis para o tratamento da doença de Alzheimer incluem medicamentos inibidores da enzima acetilcolinesterase, que apresentam baixa solubilidade e baixa biodisponibilidade. Além disso, estes medicamentos têm uma incapacidade de atravessar a barreira hematoencefálica, pelo que melhorar a distribuição destes medicamentos no local de ação é um desafio a nível tecnológico. As nanotecnologias incluídas são nanopartículas poliméricas, nanopartículas sólido-lipídicas, carreadores de nanoestruturas lipídicas, microemulsão, nanoemulsão e cristais líquidos. As características físico-químicas especiais dos medicamentos disponíveis para o tratamento da doença de Alzheimer levam, em muitos casos, ao fracasso terapêutico. Estas limitações foram superadas, em parte, devido ao desenvolvimento da administração intranasal, que favorece uma alternativa não invasiva para a distribuição do fármaco ao nível do sistema nervoso central, através da passagem pela barreira hematoencefálica.

As aplicações da nanotecnologia na biologia celular têm a molécula de ácido desoxirribonucléico (DNA) como foco desafiador. Elementos estruturais têm sido desenvolvidos com certa lógica molecular para realizar ações terapêuticas em determinado tipo de célula ou tecido, levando a maior especificidade e reduzindo os efeitos indesejáveis ​​das terapias convencionais. Além disso, nanoestruturas de DNA podem ser usadas como ligação programável de medicamentos, ligantes alvo e outras modificações ou sistemas, como bicamadas lipídicas. Por outro lado, foram desenvolvidas sondas de imagem com boa sensibilidade e especificidade, que são consideradas mecanismos de amplificação baseados em DNA e que podem ser programadas para interagir especificamente com sequências de ácido ribonucleico (RNA) em nível intracelular. Outra aplicação é a geração de estruturas de DNA que fornecem controle preciso da organização espacial intracelular, fornecendo uma base para o desenvolvimento de sistemas de quantificação em nível subcelular.[60] Nanoestruturas de DNA como veículos de distribuição de medicamentos foram desenvolvidas significativamente nos últimos anos. Para este fim, os oligodesoxinucleótidos CpG (ODNs) podem desencadear uma resposta imunitária inata através da activação de receptores do tipo Toll do tipo TLR9. Esses ODNs tornaram-se uma carga terapêutica interessante porque podem ser integrados diretamente na nanoestrutura do DNA através de hibridização. Foram desenvolvidas moléculas de DNA em forma de Y com motivos CpG que podem desencadear uma resposta imune aumentando a eficiência de recrutamento de macrófagos. Outras descobertas levaram à criação de complexos de vacinas sintéticas por meio da montagem de nanoestruturas de DNA tetraédricas (TDNs) que foram modificadas com estreptavidina e ODNs CpG. Nesse caso, a estreptavidina serve como um antígeno modelo que leva a construção a gerar anticorpos IgG anti-estreptavidina.[60]​.

Argentina

Segundo a Fundação Argentina de Nanotecnologia (FAN), “As propriedades da matéria mudam quando passamos da escala macroscópica para a escala nanoscópica... Na nanoescala as propriedades intensivas (cor, ponto de fusão, densidade, condutividade elétrica e térmica, etc.) mudam surpreendentemente, não dependem da quantidade de matéria.

Por outro lado, as nanociências segundo a Escola de Nanociências e Nanotecnologias[62]​ da Argentina, diferentemente das nanotecnologias, abordam o estudo e a explicação dos aspectos fundamentais e tecnológicos das propriedades e processos físicos, químicos e/ou biológicos que emergem em sistemas e materiais em nanoescala; Além das diversas técnicas, cálculos e ferramentas para fabricação e controle de nanossistemas.

Desde o início dos anos 2000, esta tecnologia tem experimentado um forte crescimento em todo o mundo, baseado na fabricação de um grande número de produtos beneficiando das suas contribuições. Neste contexto, o nosso país desenvolveu um ecossistema de grupos de investigação, empresas e outros atores públicos e privados que trabalharam e trabalham nessa mesma direção.[63]​.

Em março de 2004, foi realizado o primeiro workshop nacional sobre nanociências e nanotecnologias na então Secretaria de Ciência, Tecnologia e Inovação Produtiva (SECyT), e atualmente Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação.

É em 2005 que o Estado anunciou a criação da Fundação Argentina de Nanotecnologia (FAN), que ainda hoje funciona e é um pilar muito importante no desenvolvimento e produção de Nanotecnologia na Argentina.

Considerada uma tecnologia de uso geral por sua capacidade de oferecer inovações a indústrias muito díspares, como medicina, alimentos e eletrônica, a nanotecnologia tornou-se um campo relevante no desenvolvimento científico e tecnológico dos países e a Argentina não é exceção. Atualmente, o país conta com 335 grupos em 91 institutos de ciência e tecnologia que desenvolvem linhas de pesquisa sobre o tema e, por sua vez, segundo o levantamento realizado, existem 73 empresas nacionais que comercializam produtos ou processos com suas contribuições ou estão em processo de fazê-lo.

O leque de opções é realmente muito amplo, na Argentina por exemplo, existem empresas que fabricam implantes dentários com bio nanomateriais, máscaras faciais com nanopartículas de prata e cobre, alimentos saudáveis ​​enriquecidos com nanomateriais orgânicos biodegradáveis ​​ou insumos sustentáveis ​​para a produção agrícola. Aos atores que constituem parte do ecossistema, outros se unem para melhorá-los; Entre eles estão unidades de articulação tecnológica, incubadoras, universidades e organizações públicas que também desempenham um papel fundamental no seu desenvolvimento.

Geograficamente, a distribuição das instituições que participam do desenvolvimento da nanotecnologia na Argentina está concentrada nas províncias centrais e especificamente nas grandes cidades como Capital Federal, Córdoba "Córdoba (Argentina)"), Río Cuarto "Río Cuarto (cidade)"), Santa Fe "Santa Fe (Argentina)"), Rosario "Rosario (Argentina)"), Mendoza "Mendoza (Argentina)"), La Plata, Mar del Plata e Baía Branca. Embora estes sejam os principais locais, também existem institutos com seus grupos de pesquisa e em alguns casos empresas nas províncias do norte e do sul do país, principalmente em Bariloche e San Miguel de Tucumán, entre outras cidades.[63]​.

Os microscópios ópticos convencionais, como os que encontramos nos laboratórios das instituições de ensino fundamental e médio, estão obsoletos. Atualmente existem ferramentas muito úteis, microscópios de alta resolução, como o microscópio eletrônico de varredura (MEV) da Universidade de Buenos Aires (UBA), que permite visualizar sistemas nanométricos, como nanopartículas de Cu20 (dióxido de cobre) utilizadas no setor agrônomo como fungicida.

A Argentina tem atualmente um aumento em instrumentos e aplicações de nanotecnologia, onde 60% da P&D é realizada por grupos de pesquisa em institutos e centros que se encontram em organizações de ciência e tecnologia ou em universidades, principalmente públicas e algumas privadas.[64]​.

Já em 2011, o Laboratório de Microscopia Eletrônica e Análise por Raios X (LAMARX)&action=edit&redlink=1 "Laboratório de Microscopia Eletrônica e Análise por Astronomia, Física e Computação (Universidade Nacional de Córdoba)"), pertencente à Universidade Nacional de Córdoba (UNC).[65]​.

Atualmente existe também, entre outros, o Nanofab,[66]​ um laboratório de aconselhamento, incubação e serviços de equipamentos públicos que conta com a participação de mais de 25 instituições.

As aplicações da nanotecnologia e dos nanomateriais abrangem todos os tipos de setores industriais. Na Argentina, alguns deles são:

Meio Ambiente: Segundo a FAN “Nanotek S.A.[67]​ propõe a utilização de nanopartículas de ferro de valência zero em camadas subterrâneas para a absorção de arsênico, substância que afeta grande parte do território nacional (16 províncias, 435 mil km2 e 2,5 milhões de habitantes) e envolve um desembolso de 14 milhões de dólares para o orçamento da área de saúde pública.”

Biomedicina: A pandemia gerada pela Covid-19 (SARS-CoV-2) levou à criação e melhorias de máscaras faciais, novamente utilizando tecnologias desenvolvidas pela Nanotek S.A. que indicam que estas máscaras: “Possuem nanopartículas de prata que libertam iões positivos, capazes de alterar os processos biológicos dos microrganismos.”[68]​.

Energia: Existem 22 grupos na Argentina que visam produzir novos materiais com maior eficiência para uso no setor energético, por exemplo nos componentes de moinhos eólicos (melhoram sua resistência e reduzem seu peso) e painéis solares (semicondutores capazes de captar mais energia solar).[69]​.

Por seu lado, no domínio legislativo, a Comissão Europeia fornece uma possível definição de nanomateriais com base no seu tamanho[70][71]​(sem ter em conta o risco que podem representar). No entanto, é realmente difícil traçar o limite para a sua identificação, uma vez incorporada nos produtos finais. Por outro lado, a produção e importação deste tipo de materiais dependem dos compostos químicos que os formam, uma vez que todos devem estar incluídos no REACH. Além disso, são necessárias técnicas rigorosas de rotulagem e embalagem para estes nanomateriais (especialmente se contiverem substâncias perigosas, caso em que o CRE deve ser notificado); bem como o fornecimento de um protocolo de ação para garantir seu uso seguro. Apesar de tudo, as implicações legislativas são tremendamente amplas, pois é uma disciplina que abrange tantos campos científicos, e questões como[72]​a legislação sanitária, a regulação do mercado ou a proteção de dados permanecem pendentes.

Quanto às considerações éticas, estas têm sido discutidas desde 2003, na reunião realizada em dezembro pelo COMEST (órgão administrativo da UNESCO) no Rio de Janeiro. Três anos depois, na reunião realizada em Dakar, foi elaborado um documento mais detalhado a esse respeito, que são as conhecidas “Recomendações COMEST sobre Nanotecnologia e Políticas Éticas”.[73]​ Este documento fala, entre outras coisas, sobre:

Porém, apesar de todo o debate e da aparente fragilidade dos mecanismos legislativos e éticos, existem hoje no mercado centenas de produtos que incorporam este tipo de tecnologia, especialmente medicamentos e cosméticos. Esta situação está maravilhosamente refletida no artigo “Ética e o desenvolvimento da Nanotecnologia”,[74]​ em que Hugh Lacey alude ao fato de que o contexto do desenvolvimento da nanotecnologia é realmente semelhante ao dos produtos transgênicos da época, ou seja, guiado principalmente pelo benefício econômico (e quanto mais imediato, melhor). Por outro lado, o debate ético sobre questões como os riscos que estas tecnologias podem acarretar ou os potenciais beneficiários permanece em segundo plano, porque implicaria atrasar o progresso científico e a possibilidade de ficar para trás tecnologicamente.

Não há unanimidade nem clareza em torno da utilização da nanotecnologia e de tudo o que dela deriva: tanto a segurança como a privacidade e os possíveis riscos não são calculados. [6][7][8]​.

A nanotecnologia inclui o estudo, design, criação, síntese, manipulação e aplicação de materiais, dispositivos e sistemas funcionais através do controle da matéria em nanoescala e da exploração de fenômenos e propriedades da matéria em nanoescala.

Quando a matéria é manipulada em tão pequena escala, apresenta fenômenos e propriedades totalmente novos. Portanto, os cientistas usam a nanotecnologia para criar materiais, dispositivos e sistemas novos e baratos com propriedades únicas.

No entanto, a nanociência é uma disciplina dedicada ao estudo de fenômenos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em escala nanométrica.

O vencedor do Prêmio Nobel de Física de 1965, Richard Feynman, foi o primeiro a se referir às possibilidades da nanociência e da nanotecnologia em um discurso que proferiu no Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) em 29 de dezembro de 1959, intitulado Há muito espaço no fundo")[9]​, no qual descreveu a possibilidade de síntese através da manipulação direta de átomos. O termo "nanotecnologia" foi usado pela primeira vez por Norio Taniguchi em 1974, embora isso não seja amplamente conhecido.

Inspirado pelos conceitos de Feynman, K. Eric Drexler usou de forma independente o termo "nanotecnologia" em seu livro de 1986 Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, no qual propôs a ideia de um "montador" em nanoescala que seria capaz de construir uma cópia de si mesmo e de outros elementos de complexidade arbitrária com um nível de controle atômico. Também em 1986, Drexler cofundou o The Foresight Institute, ao qual não é mais afiliado, para ajudar a aumentar a conscientização e a compreensão do público sobre os conceitos da nanotecnologia e suas implicações.

Assim, a emergência da nanotecnologia como um campo na década de 1980 ocorreu através da convergência do trabalho teórico e público de Drexler, que desenvolveu e popularizou uma estrutura conceptual para a nanotecnologia, e avanços experimentais de alta visibilidade que trouxeram atenção adicional em larga escala para as perspectivas de controlo atómico da matéria.

Por exemplo, a invenção do microscópio de varredura em 1981 forneceu uma visualização sem precedentes de átomos e ligações individuais, e foi usado com sucesso para manipular átomos individuais em 1989. Os desenvolvedores de microscópios Gerd Binnig e Heinrich Rohrer do Laboratório de Pesquisa da IBM em Zurique receberam o Prêmio Nobel de Física em 1986.[10][11] Binnig, Quate") e Gerber também inventaram o microscópio de força atômica análogo naquele ano.

Os fulerenos foram descobertos em 1985 por Harry Kroto, Richard Smalley e Robert Curl, que juntos ganharam o Prêmio Nobel de Química de 1996.[12][13] Inicialmente C não foi descrito como nanotecnologia; O termo foi usado em conexão com trabalhos posteriores com tubos de grafeno (chamados nanotubos de carbono) com aplicações potenciais para dispositivos e eletrônicos em nanoescala.

No início dos anos 2000, o campo atraiu maior interesse científico, político e comercial que gerou controvérsia e progresso. Surgiram controvérsias sobre as definições e implicações potenciais das nanotecnologias, exemplificadas pelo relatório da Royal Society sobre nanotecnologia.[14] Os desafios surgiram da viabilidade das aplicações imaginadas pelos proponentes da nanotecnologia molecular, culminando num debate público entre Drexler e Smalley em 2001 e 2003.[15]

Enquanto isso, começou a surgir a comercialização de produtos baseados em avanços em tecnologias em nanoescala. Estes produtos estão limitados a aplicações em massa de nanomateriais e não envolvem controle atômico da matéria. Alguns exemplos incluem a plataforma Nano Silver, que utiliza nanopartículas de prata como agente antibacteriano, filtros solares transparentes à base de nanopartículas e nanotubos de carbono para tecidos resistentes a manchas.[16]​[17]​.

Os governos agiram para promover e financiar a investigação em nanotecnologia, começando pelos Estados Unidos com a sua Iniciativa Nacional de Nanotecnologia, que formalizou a definição de nanotecnologia baseada na dimensão e criou um conjunto de financiamento para investigação em nanoescala.

Em meados da década de 2000, uma nova atenção científica séria começou a florescer. Surgiram projetos para produzir um roteiro para a nanotecnologia[18]​[19]​ que se concentrava na manipulação atômica precisa da matéria e discutia capacidades, objetivos e aplicações existentes e projetadas.

Outras pessoas nesta área foram Rosalind Franklin, James Dewey Watson e Francis Crick que propuseram que o DNA era a principal molécula que desempenhava um papel fundamental na regulação de todos os processos do organismo, revelando a importância das moléculas como determinantes nos processos vitais.

Mas esse conhecimento foi mais longe, pois com isso foi possível modificar a estrutura das moléculas, como é o caso dos polímeros ou plásticos que hoje encontramos em nossas casas. Mas é preciso dizer que esses tipos de moléculas podem ser considerados “grandes”.

Hoje em dia, a medicina tem mais interesse em pesquisas no mundo microscópico, pois ali possivelmente se encontram as alterações estruturais que causam doenças, e nem é preciso dizer que os ramos da medicina que mais se beneficiaram, como microbiologia, imunologia, fisiologia; Também surgiram novas ciências, como a Engenharia Genética, que gerou polêmica sobre as repercussões de processos como a clonagem ou a eugenia.

O desenvolvimento da nanociência e da nanotecnologia na América Latina é relativamente recente, comparado ao que aconteceu globalmente. Países como México, Costa Rica, Argentina, Venezuela, Colômbia, Brasil e Chile contribuem mundialmente com trabalhos de pesquisa em diferentes áreas da nanociência e da nanotecnologia.[20] Além disso, alguns desses países também possuem programas educacionais nos níveis de bacharelado, mestrado, pós-graduação e especialização na área.

Contenido

La nanotecnología es la ingeniería de sistemas funcionales a escala molecular. Esto cubre tanto el actual trabajo como conceptos que son más avanzados. En su sentido original, la nanotecnología se refiere a la habilidad proyectada para construir elementos desde lo más pequeño a lo más grande, usando técnicas y herramientas, que actualmente están siendo desarrolladas, para construir productos completos de alto desempeño.

Un nanómetro (nm) es la mil millonésima parte, o 10, de un metro. Por comparación, los típicos largos de enlaces carbono-carbono, o el espacio entre estos átomos en una molécula, están alrededor de los y la doble hélice de un ADN tiene un diámetro de alrededor de 2 nm. Por otra parte, la forma de vida celular más pequeña, la bacteria del género Mycoplasma, tienen alrededor de 200 nm de largo. Por convención, la nanotecnología es medida en el rango de escala de entre de acuerdo a la definición usada por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional en Estados Unidos. El límite inferior está dado por el tamaño de los átomos (el hidrógeno tiene los átomos más pequeños, que tienen un radio aproximado de un veinteavo de nm conocido como radio de Bohr) dado que la nanotecnología debe fabricar sus dispositivos a partir de átomos y moléculas. El límite superior es más o menos arbitrario, pero se encuentra alrededor del tamaño en que fenómenos que no pueden ser observados en estructuras más grandes comienzan a ser aparentes y pueden ser usados en el nanodispositivo.[21]​ Estos nuevos fenómenos hacen que la nanotecnología sea distinta de los dispositivos que son meramente versiones miniaturizadas de un dispositivo macroscópico equivalente; tales dispositivos se encuentran a una escala más grande y caen bajo la descripción de microtecnología.[22]​.

Para poner la escala en otro contexto, el tamaño comparativo de un nanómetro a un metro es lo mismo que el de una roca al tamaño de la Tierra.[23]​ Otra forma de ponerlo: un nanómetro es la cantidad en que la barba de un hombre promedio crece en el tiempo al que a este le toma levantar la afeitadora a su cara.[23]​.

Se usan dos aproximaciones a la nanotecnología. En la aproximación "del fondo hacia arriba", los materiales y dispositivos son construidos a partir de componentes moleculares que se ensamblan por sí mismos químicamente por los principios del reconocimiento molecular. En la aproximación "de arriba abajo", los nano-objetos son construidos a partir de entidades más grandes con un control a nivel atómico.[24]​.

Áreas de la física tales como la duvitación nanoelectrónica, la nanomecánica"), nanofotónica y la nanoiónica") han evolucionado durante estás últimas pocas décadas para proporcionar un fundamento científico básico a la nanotecnología.

Do maior ao menor: uma perspectiva a partir dos materiais

Vários fenômenos tornam-se pronunciados à medida que o tamanho do sistema diminui. Estes incluem efeitos mecânicos estatísticos, bem como efeitos mecânicos quânticos, por exemplo, o “efeito de tamanho quântico”, onde as propriedades eletrônicas dos sólidos são alteradas com grandes reduções no tamanho das partículas. Este efeito não é acionado quando se passa de dimensões macro para dimensões micro. No entanto, os efeitos quânticos podem tornar-se significativos quando o tamanho do nanômetro é atingido, normalmente em distâncias de 100 nanômetros ou menos, o chamado domínio quântico. Além disso, uma variedade de propriedades físicas (mecânicas, elétricas, ópticas, etc.) mudam quando comparadas aos sistemas macroscópicos. Um exemplo é o aumento da relação entre área superficial e volume alterando as propriedades mecânicas, térmicas e catalíticas dos materiais. Difusão e reações em nível nanoescala, os materiais de nanoestruturas e nanodispositivos com transporte rápido de íons são geralmente conhecidos como nanoiônicos. As propriedades mecânicas dos nanossistemas são de interesse na pesquisa em nanomecânica. A atividade catalítica dos nanomateriais também abre riscos potenciais na sua interação com biomateriais.

Materiais reduzidos à nanoescala podem apresentar propriedades diferentes quando comparados àqueles que apresentam em macroescala, permitindo aplicações únicas. Por exemplo, substâncias opacas podem tornar-se transparentes (cobre); materiais estáveis ​​podem transformar-se em combustível (alumínio); Materiais insolúveis podem tornar-se solúveis (ouro). Um material como o ouro, que é quimicamente inerte em escalas normais, pode servir como um poderoso catalisador químico em nanoescalas. A maior parte do fascínio pela nanotecnologia surge desses fenômenos quânticos e de superfície que a matéria exibe em nanoescala.[25]​.

Do simples ao complexo: uma perspectiva molecular

A química sintética moderna atingiu o ponto em que é possível preparar pequenas moléculas para quase qualquer estrutura. Esses métodos são usados ​​hoje para fabricar uma ampla variedade de produtos químicos úteis, como produtos farmacêuticos ou polímeros comerciais. Esta capacidade levanta a questão de estender este tipo de controle para o próximo nível maior, buscando métodos para montar essas moléculas únicas em estruturas supramoleculares ou conjuntos que consistem em muitas moléculas dispostas em uma forma bem definida.

Essas abordagens usam os conceitos de automontagem molecular ou química supramolecular para organizar automaticamente suas próprias estruturas em algum arranjo útil por meio de uma abordagem de baixo para cima. O conceito de reconhecimento molecular é especialmente importante: as moléculas podem ser projetadas de tal forma que uma configuração ou arranjo específico seja favorecido devido a forças intermoleculares não covalentes. As regras de emparelhamento de bases de Watson-Crick são um resultado direto disso, assim como a especificidade de uma enzima sendo direcionada para um único substrato "Substrato (química)") ou o dobramento da própria proteína. Assim, dois ou mais componentes podem ser concebidos para complementaridade e atração mútua de tal forma que construam um todo mais complexo e útil.

As abordagens bottom-up devem ser capazes de produzir dispositivos em paralelo e ser muito mais baratas do que os métodos top-down, mas podem ser potencialmente superadas à medida que o tamanho e a complexidade da montagem desejada aumentam. As estruturas mais bem-sucedidas requerem arranjos de átomos complexos e termodinamicamente improváveis. No entanto, existem muitos exemplos de automontagem baseados no reconhecimento molecular em biologia, sendo um dos mais notáveis ​​o emparelhamento de bases Watson-Crick e as interações enzima-substrato. O desafio da nanotecnologia é descobrir se estes princípios podem ser usados ​​para alcançar novas construções além das naturais existentes.

Nanotecnologia molecular: uma visão de longo prazo

A nanotecnologia molecular, às vezes chamada de fabricação molecular, descreve nanossistemas manufaturados (máquinas em nanoescala) operando em escala molecular. A nanotecnologia molecular está especialmente associada ao montador molecular, uma máquina que pode produzir uma estrutura ou dispositivo desejado átomo por átomo usando os princípios da mecanossíntese. "A fabricação no contexto de nanossistemas produtivos não está relacionada e deve ser claramente diferenciada das tecnologias convencionais utilizadas para a fabricação de nanomateriais, como nanotubos de carbono e nanopartículas.

Quando o termo "nanotecnologia" foi cunhado e popularizado de forma independente por Eric Drexler (que na época não tinha conhecimento de um uso anterior por Norio Taniguchi) para se referir a uma futura tecnologia de fabricação baseada em sistemas de máquinas moleculares. A premissa era que analogias biológicas em escala molecular de componentes de máquinas tradicionais demonstravam que máquinas moleculares eram possíveis: há inúmeros exemplos em biologia, sabe-se que máquinas biológicas sofisticadas estocasticamente otimizadas podem ser produzidas.

Espera-se que os desenvolvimentos na nanotecnologia tornem possível construí-los por outros meios, talvez utilizando princípios de biomimética. No entanto, Drexler e outros pesquisadores[26] propuseram que uma nanotecnologia avançada, embora talvez inicialmente implementada por meios biomiméticos, poderia, em última análise, ser baseada nos princípios da engenharia mecânica, isto é, uma tecnologia de fabricação baseada na funcionalidade mecânica desses componentes (como engrenagens, rolamentos, motores e membros estruturais) que permitiria a montagem programável e posicional de acordo com uma especificação atômica.[27] O desempenho da física e da engenharia de projetos de exemplo foi discutido no livro. Drexler chamou Nanossistemas.

Em geral é muito difícil montar dispositivos à escala atómica, uma vez que é necessário posicionar átomos em cima de outros átomos de espessura e tamanho comparáveis. Outra visão, expressa por Carlo Montemagno"),[28]​ é que os futuros nanossistemas serão híbridos de tecnologia de sílica e máquinas moleculares biológicas. Richard Smalley argumenta que a mecanossíntese é impossível devido a dificuldades na manipulação mecânica de moléculas individuais.

Isso levou a uma troca de cartas entre a publicação ACS Chemical & Engineering News em 2003.[29] Embora a biologia demonstre claramente que os sistemas de máquinas moleculares são possíveis, as máquinas moleculares não biológicas estão atualmente apenas na sua infância. Os líderes na pesquisa de máquinas moleculares não biológicas são Alex Zettl e seus colegas que trabalham no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e na UC Berkeley. Eles construíram pelo menos três dispositivos moleculares diferentes cujos movimentos são controlados a partir da mesa, alterando a voltagem: um nanomotor de nanotubos, um atuador,[30]​ e um oscilador de relaxamento nanoeletromecânico.[31]​.

Nanomateriais

O campo dos nanomateriais inclui subcampos que desenvolvem ou estudam materiais que possuem propriedades únicas decorrentes de suas dimensões em nanoescala.[34]​.

Abordagem de baixo para cima

Estes procuram organizar os menores componentes em estruturas mais complexas.

Abordagem de cima para baixo

Estes procuram criar dispositivos menores utilizando dispositivos maiores para controlar sua montagem.

Abordagens funcionais

Estes procuram desenvolver componentes com uma funcionalidade desejada, independentemente de como possam ser montados.

Especulativo

Estes subcampos procuram antecipar o que as invenções nanotecnológicas poderiam alcançar ou tentar propor uma agenda que determine um caminho ao longo do qual a investigação possa progredir. Estes adoptam frequentemente uma visão em grande escala da nanotecnologia, com mais ênfase nas suas implicações sociais do que nos detalhes de como tais invenções podem realmente ser criadas.

Existem vários desenvolvimentos modernos importantes. O microscópio de força atômica (AFM) e o microscópio de tunelamento de varredura (STM) são versões iniciais das sondas de varredura que lançaram a nanotecnologia. Existem outros tipos de microscópio de sonda de varredura. Embora conceitualmente semelhantes aos microscópios confocal de varredura desenvolvidos por Marvin Minsky em 1961 e ao Microscópio Acústico de Varredura (SAM) desenvolvido por Calvin Quate e associado na década de 1970, os microscópios de sonda de varredura mais recentes têm resolução muito maior, uma vez que não são limitados pelo comprimento de onda do som ou da luz.

A ponta de uma sonda de varredura também pode ser usada para manipular nanoestruturas (um processo conhecido como montagem posicional). A metodologia de varredura orientada a recursos "sugerida por Rostislav Lapshin") parece ser uma forma promissora de implementar essas nanomanipulações em modo automático.[48]​[49]​ No entanto, este ainda é um processo lento devido à baixa velocidade de varredura do microscópio.

Várias técnicas de nanolitografia, como litografia óptica, nanolitografia dip-pen (litografia de raios X, litografia por feixe de elétrons) ou litografia de nanoimpressão) também foram desenvolvidas. A litografia é uma técnica de fabricação de cima para baixo, onde o tamanho da matéria-prima é reduzido a um padrão em nanoescala.

Outro grupo de técnicas nanotecnológicas inclui aquelas usadas para a fabricação de nanotubos e nanofios, aquelas usadas na fabricação de semicondutores, como litografia ultravioleta profunda), litografia por feixe de elétrons, usinagem por feixe de íons focado, litografia por nanoimpressão, deposição de camada atômica e deposição de vapor molecular, e também incluindo técnicas de automontagem molecular, como aquelas que empregam copolímeros di-bloco. Os precursores destas técnicas Eles são anteriores à era da nanotecnologia e são extensões no desenvolvimento de avanços científicos, em vez de técnicas que foram concebidas exclusivamente com o propósito de criar nanotecnologia e que foram o resultado de pesquisas em nanotecnologia.

A abordagem de cima para baixo antecipa nanodispositivos que devem ser construídos peça por peça em etapas, da mesma forma que outras coisas são feitas. A microscopia de varredura por sonda é uma técnica importante tanto para a caracterização quanto para a síntese de nanomateriais. Microscópios de força atômica e microscópios de tunelamento de varredura podem ser usados ​​para examinar superfícies e mover átomos sobre elas. Ao projetar pontas diferentes para esses microscópios, eles podem ser usados ​​para esculpir estruturas em superfícies e ajudar a guiar estruturas automontadas. Usando, por exemplo, a abordagem de varredura orientada a recursos, átomos ou moléculas podem ser movidos na superfície com técnicas de microscopia de varredura por sonda. Atualmente, é caro e demorado para ser usado na produção em massa, mas eles são adequados para experimentação em laboratório.

Em contraste, as técnicas bottom-up constroem ou desenvolvem estruturas maiores, átomo por átomo ou molécula por molécula. Essas técnicas incluem síntese química, automontagem e montagem posicional. A interferometria de dupla polarização é uma ferramenta adequada para a caracterização de filmes finos automontados. Outra variação da abordagem bottom-up é o crescimento epitaxial por feixe molecular (MBE). Pesquisadores do Bell Telephone Laboratories, como John R. Arthur, Alfred Y. Cho e Art C. Gossard, desenvolveram e implementaram o MBE como uma ferramenta de pesquisa no final dos anos 1960 e 1970. Amostras feitas pelo MBE foram fundamentais para a descoberta do efeito Hall quântico fracionário, pelo qual foi concedido o Prêmio Nobel de Física de 1998. O MBE permite que os cientistas organizem camadas atomicamente precisas e, no processo, construam estruturas complexas. Importante para a pesquisa de semicondutores, o MBE também é amplamente utilizado para fazer amostras e dispositivos para o campo emergente da spintrônica.

No entanto, novos produtos terapêuticos, baseados em nanomateriais sensíveis, como as vesículas ultradeformáveis ​​e sensíveis à tensão Transfersome"), estão em desenvolvimento e são aprovados para uso humano em alguns países.

Um dos principais instrumentos da micro e nanociência são os microscópios de sonda de varredura. Eles consistem basicamente em uma plataforma e uma sonda que varre ou escaneia a amostra.

A varredura pode ser feita movimentando a sonda ou a plataforma, utilizando atuadores de alta precisão. Os atuadores são um fator chave nesta tecnologia.

A sonda pode ser elevada ou abaixada, resultando em um sistema com três eixos de coordenadas, por um lado um plano de varredura x-y e por outro lado uma altura z, com os quais o relevo ou topografia das microestruturas pode ser estudado.

Não só se mede a geometria da amostra, mas dependendo do tipo de sonda utilizada, também podem ser medidas propriedades químicas, térmicas, elétricas ou mecânicas, o que abre uma janela de informação muito ampla que permite estudar as propriedades dos nanomateriais.

Alguns países em desenvolvimento já atribuem recursos significativos à investigação em nanotecnologia. A nanomedicina é uma das áreas que mais pode contribuir para o avanço sustentável do Terceiro Mundo, proporcionando novos métodos de diagnóstico e rastreio de doenças, melhores sistemas de administração de medicamentos e ferramentas de monitorização de alguns parâmetros biológicos.

Algumas gigantes do mundo da computação como IBM, Hewlett-Packard (HP), NEC e Intel estão investindo milhões de dólares por ano no assunto. Os governos do chamado Primeiro Mundo também levaram a questão muito a sério, com a clara liderança do governo dos EUA, que dedica centenas de milhões de dólares à sua Iniciativa Nacional de Nanotecnologia.

Na Espanha, os cientistas falam em “nanoorçamentos”. Mas o interesse é crescente, já que têm havido algumas conferências sobre o tema: em Sevilha, na Fundação San Telmo"), sobre oportunidades de investimento, e em Madrid, com um encontro entre responsáveis ​​de centros de nanotecnologia de França, Alemanha e Reino Unido na Universidade Autónoma de Madrid.

As indústrias tradicionais poderão beneficiar da nanotecnologia para melhorar a sua competitividade em sectores comuns, como o têxtil, o alimentar, o calçado, o automóvel, a construção e a saúde. O objetivo é que as empresas pertencentes a setores tradicionais incorporem e apliquem a nanotecnologia nos seus processos, a fim de contribuir para a sustentabilidade do emprego. Atualmente o valor no uso diário é de 0,2%.

A característica fundamental da nanotecnologia é que ela constitui um conjunto interdisciplinar de diversos campos das ciências naturais altamente especializados. Portanto, os físicos desempenham um papel importante não apenas na construção do microscópio utilizado para investigar tais fenômenos, mas também em todas as leis da mecânica quântica. Alcançar a estrutura do material desejado e as configurações de certos átomos faz com que a química desempenhe um papel importante. Na medicina, o desenvolvimento específico direcionado às nanopartículas promete auxiliar no tratamento de determinadas doenças. Aqui, a ciência atingiu um ponto em que as fronteiras que separam as diferentes disciplinas começaram a confundir-se, e é precisamente por esta razão que a nanotecnologia também se refere a ser uma tecnologia convergente.

Uma possível lista de ciências envolvidas seria a seguinte:

Nanotecnologia avançada, às vezes também chamada de "fabricação molecular", é um termo dado ao conceito de engenharia de nanossistemas (máquinas em escala nanométrica) operando em escala molecular. Baseia-se no fato de que os produtos manufaturados são feitos de átomos. As propriedades desses produtos dependem de como esses átomos estão organizados. Por exemplo, se realocarmos os átomos de grafite (composto principalmente de carbono) da grafite do lápis, poderemos produzir diamantes (carbono cristalizado puro). Se realocarmos os átomos da areia (composta basicamente de sílica) e adicionarmos alguns elementos extras, eles formarão os chips de um computador.

A partir dos inúmeros exemplos encontrados na biologia, sabe-se que bilhões de anos de feedback evoluído podem produzir máquinas biológicas sofisticadas e estocasticamente otimizadas. Espera-se que os desenvolvimentos na nanotecnologia tornem possível construir alguns significados mais curtos, talvez utilizando princípios biomiméticos. No entanto, K. Eric Drexler e outros investigadores propuseram que a nanotecnologia avançada, embora talvez inicialmente implementada através de princípios miméticos, poderia, em última análise, basear-se em princípios de engenharia mecânica.

Determinar um conjunto de caminhos para o desenvolvimento da nanotecnologia molecular é uma meta do Projeto de Mapeamento Tecnológico liderado pelo Battelle Memorial Institute (chefe de vários laboratórios nacionais dos EUA) e pelo Foresigth Institute. Esse mapa deverá estar concluído até ao final de 2006.

De acordo com relatório de um grupo de pesquisadores da Universidade de Toronto, no Canadá, as quinze aplicações mais promissoras da nanotecnologia são:[50]​.

Textil.

Desarrollo de tejidos inteligentes: capaces de repeler manchas, ser autolimpiables, anti olores o poseer nanochips para cambiar de color y temperatura.

Agricultura.

Diseño de productos para mejorar plaguicidas, herbicidas y fertilizantes. La principal finalidad es el mejoramiento de suelos. Además, podemos incluir en esta categoría los nano sensores para la detección de agua, nitrógeno, agroquímicos, etc.

Cosmética.

Desarrollo de cremas anti-arrugas o cremas solares con nanopartículas.

Ganadería.

Desarrollo de nanopartículas con el fin de administrar vacunas o fármacos para los animales, así como destinados a detectar microorganismos, enfermedades y sustancias tóxicas.

Alimentos.

Dispositivos (nanosensores y nanochips) que funcionen principalmente como nariz y lengua electrónica, es decir, para analizar aspectos relacionados con el olfato y el gusto. Son utilizados también para detectar la frescura y vida útil de un alimento, patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas, contaminantes… por otro lado, otro aspecto muy desarrollado es la creación de nanoenvases, como se explicará en el siguiente apartado. Estos poseen propiedades funcionales, nutritivas, saludables y organoeléctricas (descripciones de las características físicas que tiene la materia según las pueden percibir los sentidos, como sabor, textura, olor, color o temperatura).

Nanotecnologia aplicada a embalagens de alimentos

A preservação de alimentos é uma ideia que vem desde o início da história da humanidade. Desde a era pré-histórica, a necessidade de melhorar a conservação dos alimentos através de diferentes técnicas tem sido uma característica do comportamento humano. Fermentação, salinização, secagem ao sol, torra, cura, irradiação, carbonatação e adição de conservantes químicos e físicos foram desenvolvidas desde o início da humanidade. Todos esses métodos têm a mesma ideia central. Evidências arqueológicas apoiam a ideia de que técnicas de preservação foram desenvolvidas nas civilizações grega, romana e egípcia. Contudo, os vários métodos apresentam o desafio de manter as condições originais por longos períodos de tempo.

Os métodos de embalagem de alimentos visam garantir a qualidade dos alimentos para que suas propriedades permaneçam intactas. A embalagem principal visa proporcionar proteção física com a finalidade de evitar a contaminação dos alimentos com outros alimentos ou com microrganismos. Os materiais de embalagem são preferencialmente feitos de materiais biodegradáveis, com o objetivo de reduzir a poluição ambiental. Esta ideia foi concretizada graças à introdução da nanotecnologia.

Uma das aplicações da nanotecnologia na área de embalagens de alimentos é a aplicação de materiais aditivos com nanoargilas, que melhoram as propriedades mecânicas, térmicas e de barreira a gases, entre outras, dos materiais de embalagem. No caso da melhoria da barreira aos gases, as nanoargilas criam um caminho tortuoso para a difusão das moléculas dos gases, o que permite conseguir uma barreira semelhante com espessuras menores, reduzindo assim os custos associados aos materiais.

Os processos de incorporação de nanopartículas podem ser realizados por extrusão ou por revestimento, e os parâmetros a controlar no processo aditivo dos materiais são: a dispersão das nanopartículas, a interação das nanopartículas com a matriz, as agregações que podem ocorrer entre as nanopartículas e a quantidade de nanopartículas incorporadas.

Os nanosensores auxiliam na detecção de qualquer alteração na cor dos alimentos e auxiliam na detecção de gases no interior do produto. Esses sensores são geralmente sensíveis a gases como hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, óxido de nitrogênio, dióxido de enxofre e amônio. Nanossensores são dispositivos que processam dados capazes de detectar alterações no nível de luz, calor, umidade, gases e sinais elétricos e químicos.[51]​.

Nanoemulsões são utilizadas para produzir alimentos para molhos de salada, óleos aromatizantes, adoçantes e outros. Auxiliam na liberação de diversos sabores com estímulos relacionados ao calor, pH, ondas ultrassônicas, etc. As nanoemulsões podem reter sabores de forma eficiente e prevenir oxidação e reações enzimáticas. As nanoemulsões são criadas principalmente através do envolvimento de alta energia com homogeneização de alta pressão, métodos de ultrassom, jatos coaxiais líquidos de alta velocidade e métodos de dispositivos de alta velocidade. Da mesma forma, os métodos de baixa energia envolvem emulsificação de membrana, emulsificação espontânea, deslocamento de solvente, ponto de inversão de emulsão e pontos de inversão de fase. Nanoemulsões são criadas dispersando a fase líquida em uma fase aquosa contínua. Os componentes usados ​​para criar nanoemulsões são do tipo lipofílico.[51]​.

Nanotecnologia aplicada à administração de medicamentos

Dentro das possibilidades de administração de medicamentos, surgiu a possibilidade de utilização da nanotecnologia como sistema de liberação do princípio ativo. Em geral, os veículos utilizados para administrar um medicamento devem ser de baixa toxicidade, com propriedades ótimas de transporte e liberação e meia-vida longa. Exemplos de nanossistemas são: micelas, lipossomas, dentrímeros, nanopartículas, nanotubos e bioconjugados.[52]​.

Nanopartículas são partículas coloidais sólidas com tamanho de 1 nm a 1.000 nm que são usadas como agentes de distribuição de medicamentos. Com isso, consegue-se um aumento na taxa de dissolução e no limite de saturação da solubilidade.[53]​ Existe também um tipo especial chamado nanopartículas lipídicas sólidas (SLN). Essas nanopartículas protegem o princípio ativo contra a degradação química, além de gerar maior flexibilidade na modulação da liberação do medicamento.[54]​.

Os lipossomas são moléculas anfifílicas, como os fosfolipídios, que formam vesículas de membrana de duas camadas que podem levar a vesículas. Os lipossomas são estruturas esféricas formadas por uma ou mais camadas que contêm uma fase aquosa em seu interior. Os lipossomas têm sido utilizados para melhorar o efeito terapêutico de drogas muito poderosas. Considera-se que este sistema de entrega reduz a toxicidade.[55]​.

bioconjugados ou conjugados poliméricos atuam como transportadores e como componentes biológicos (peptídeos, proteínas, nucleotídeos) que atuam como ligantes para efeitos ou alvos terapêuticos específicos. Um exemplo de bioconjugados com os produtos obtidos a partir da adição de polietilenoglicol (PEG) a medicamentos ou proteínas terapêuticas.[56]​.

dendrons ou dendrimers são nanomateriais que podem incorporar blocos de polímeros sintéticos ou componentes naturais. Sua estrutura fatorial hierárquica apresenta numerosos locais de conjugação para posições ou motivos alvo.[56]​.

Nanopartículas inorgânicas são nanopartículas construídas a partir de materiais inorgânicos. Os materiais mais comuns são pontos quânticos junto com ouro, prata, óxido de ferro ou nanopartículas mesoporosas. As propriedades características de cada material são tamanho, carga, química de superfície e estrutura.[56]​.

Um dos primeiros medicamentos em nanomedicina que se mostrou seguro pelo FDA foi obtido encapsulando a doxorrubicina em lipossomas. Esta nanoformulação melhorou as características farmacocinéticas e de distribuição da doxorrubicina, levando ao prolongamento da meia-vida e gerando um processo de acumulação no tecido tumoral.[57]​.

Nos últimos anos, foram desenvolvidos dispositivos implantáveis ​​de administração de medicamentos. A principal função desta nova tecnologia é a administração controlada do medicamento durante várias semanas a meses, de acordo com as necessidades terapêuticas de cada paciente. As terapias de longo prazo podem ajudar a melhorar a adesão do paciente aos tratamentos farmacológicos. Os dispositivos implantáveis ​​utilizam uma estratégia para agentes terapêuticos e algumas tecnologias ajudariam a controlar a liberação remotamente, usando radiofrequência, energia ultrassônica e campos magnéticos, as administrações poderiam ser ativadas e controladas. Apesar do grande número de estudos relatados sobre dispositivos médicos autorregulados e esforços tecnológicos, os benefícios deste tipo de tecnologia não foram comprovados.

Nanotecnologia aplicada à terapia do câncer

Um dos aspectos mais desafiadores das terapias contra o câncer existentes é a especificidade dos tratamentos. Isto poderia levar à redução dos efeitos tóxicos que ocorrem após a administração de terapias anticâncer. Além dessa possibilidade, a solubilidade e a biodisponibilidade de medicamentos pouco solúveis poderiam ser melhoradas. Devido a essas necessidades, surgiram algumas pesquisas que utilizam nanocarreadores (lipossomas, micelas poliméricas e nanopartículas poliméricas) para a preparação de novas formulações que melhorem a biodisponibilidade desses tratamentos e melhorem a distribuição do medicamento anticancerígeno no local do tumor. Entre os fatores considerados tipos físico-químicos estão o potencial Z, tamanho de partícula, carga catiônica na superfície e solubilidade.[58]​.

Nanotecnologia aplicada à terapia do HIV/AIDS

Os métodos de administração de medicamentos aplicados à administração sistêmica de medicamentos antivirais poderiam ter vantagens semelhantes aos exemplos de sucesso na terapia do câncer. Os sistemas de liberação controlada poderiam aumentar a meia-vida dos medicamentos, mantendo as concentrações plasmáticas em níveis terapêuticos por períodos de tempo mais longos, o que acaba tendo impacto na eficácia da terapia medicamentosa. Além disso, poderia ser obtido um melhor perfil de segurança que levasse a uma melhor adesão do paciente. Especificamente, a distribuição direcionada de medicamentos antivirais contra células CD4+ e macrófagos, bem como a distribuição a órgãos de difícil acesso, como o cérebro, o que poderia garantir a manutenção das concentrações através da geração de reservas latentes. Junto com o aprimoramento da terapia farmacológica nasceu a ideia de alcançar a terapia gênica por meio da nanotecnologia. A terapia genética, na qual um gene é inserido numa célula para interferir nos processos de infecção ou replicação, parece ser promissora. Há evidências indicando que o silenciamento genético pode ser uma ferramenta potencial para atingir genes de interesse. Também foi descrito que seria possível gerar vacinas eficazes e seguras contra o VIH/SIDA. É possível usar antígenos encapsulados em seu núcleo, a partir dos quais as células apresentadoras de antígenos podem processar, apresentar e apresentar antígenos de forma cruzada para células CD4+ e CD8+, respectivamente, ou absorver antígenos em sua superfície, permitindo que as células B gerem uma resposta humoral. Por outro lado, a imunoterapia para HIV/AIDS baseada em agentes virais e administração de células dendríticas autólogas geradas ex-vivo.[59]​.

Nanotecnologia aplicada à terapia do Alzheimer

Os métodos de tratamento nanotecnológicos produziram resultados interessantes na terapia da doença de Alzheimer. Os medicamentos normalmente disponíveis para o tratamento da doença de Alzheimer incluem medicamentos inibidores da enzima acetilcolinesterase, que apresentam baixa solubilidade e baixa biodisponibilidade. Além disso, estes medicamentos têm uma incapacidade de atravessar a barreira hematoencefálica, pelo que melhorar a distribuição destes medicamentos no local de ação é um desafio a nível tecnológico. As nanotecnologias incluídas são nanopartículas poliméricas, nanopartículas sólido-lipídicas, carreadores de nanoestruturas lipídicas, microemulsão, nanoemulsão e cristais líquidos. As características físico-químicas especiais dos medicamentos disponíveis para o tratamento da doença de Alzheimer levam, em muitos casos, ao fracasso terapêutico. Estas limitações foram superadas, em parte, devido ao desenvolvimento da administração intranasal, que favorece uma alternativa não invasiva para a distribuição do fármaco ao nível do sistema nervoso central, através da passagem pela barreira hematoencefálica.

As aplicações da nanotecnologia na biologia celular têm a molécula de ácido desoxirribonucléico (DNA) como foco desafiador. Elementos estruturais têm sido desenvolvidos com certa lógica molecular para realizar ações terapêuticas em determinado tipo de célula ou tecido, levando a maior especificidade e reduzindo os efeitos indesejáveis ​​das terapias convencionais. Além disso, nanoestruturas de DNA podem ser usadas como ligação programável de medicamentos, ligantes alvo e outras modificações ou sistemas, como bicamadas lipídicas. Por outro lado, foram desenvolvidas sondas de imagem com boa sensibilidade e especificidade, que são consideradas mecanismos de amplificação baseados em DNA e que podem ser programadas para interagir especificamente com sequências de ácido ribonucleico (RNA) em nível intracelular. Outra aplicação é a geração de estruturas de DNA que fornecem controle preciso da organização espacial intracelular, fornecendo uma base para o desenvolvimento de sistemas de quantificação em nível subcelular.[60] Nanoestruturas de DNA como veículos de distribuição de medicamentos foram desenvolvidas significativamente nos últimos anos. Para este fim, os oligodesoxinucleótidos CpG (ODNs) podem desencadear uma resposta imunitária inata através da activação de receptores do tipo Toll do tipo TLR9. Esses ODNs tornaram-se uma carga terapêutica interessante porque podem ser integrados diretamente na nanoestrutura do DNA através de hibridização. Foram desenvolvidas moléculas de DNA em forma de Y com motivos CpG que podem desencadear uma resposta imune aumentando a eficiência de recrutamento de macrófagos. Outras descobertas levaram à criação de complexos de vacinas sintéticas por meio da montagem de nanoestruturas de DNA tetraédricas (TDNs) que foram modificadas com estreptavidina e ODNs CpG. Nesse caso, a estreptavidina serve como um antígeno modelo que leva a construção a gerar anticorpos IgG anti-estreptavidina.[60]​.

Argentina

Segundo a Fundação Argentina de Nanotecnologia (FAN), “As propriedades da matéria mudam quando passamos da escala macroscópica para a escala nanoscópica... Na nanoescala as propriedades intensivas (cor, ponto de fusão, densidade, condutividade elétrica e térmica, etc.) mudam surpreendentemente, não dependem da quantidade de matéria.

Por outro lado, as nanociências segundo a Escola de Nanociências e Nanotecnologias[62]​ da Argentina, diferentemente das nanotecnologias, abordam o estudo e a explicação dos aspectos fundamentais e tecnológicos das propriedades e processos físicos, químicos e/ou biológicos que emergem em sistemas e materiais em nanoescala; Além das diversas técnicas, cálculos e ferramentas para fabricação e controle de nanossistemas.

Desde o início dos anos 2000, esta tecnologia tem experimentado um forte crescimento em todo o mundo, baseado na fabricação de um grande número de produtos beneficiando das suas contribuições. Neste contexto, o nosso país desenvolveu um ecossistema de grupos de investigação, empresas e outros atores públicos e privados que trabalharam e trabalham nessa mesma direção.[63]​.

Em março de 2004, foi realizado o primeiro workshop nacional sobre nanociências e nanotecnologias na então Secretaria de Ciência, Tecnologia e Inovação Produtiva (SECyT), e atualmente Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação.

É em 2005 que o Estado anunciou a criação da Fundação Argentina de Nanotecnologia (FAN), que ainda hoje funciona e é um pilar muito importante no desenvolvimento e produção de Nanotecnologia na Argentina.

Considerada uma tecnologia de uso geral por sua capacidade de oferecer inovações a indústrias muito díspares, como medicina, alimentos e eletrônica, a nanotecnologia tornou-se um campo relevante no desenvolvimento científico e tecnológico dos países e a Argentina não é exceção. Atualmente, o país conta com 335 grupos em 91 institutos de ciência e tecnologia que desenvolvem linhas de pesquisa sobre o tema e, por sua vez, segundo o levantamento realizado, existem 73 empresas nacionais que comercializam produtos ou processos com suas contribuições ou estão em processo de fazê-lo.

O leque de opções é realmente muito amplo, na Argentina por exemplo, existem empresas que fabricam implantes dentários com bio nanomateriais, máscaras faciais com nanopartículas de prata e cobre, alimentos saudáveis ​​enriquecidos com nanomateriais orgânicos biodegradáveis ​​ou insumos sustentáveis ​​para a produção agrícola. Aos atores que constituem parte do ecossistema, outros se unem para melhorá-los; Entre eles estão unidades de articulação tecnológica, incubadoras, universidades e organizações públicas que também desempenham um papel fundamental no seu desenvolvimento.

Geograficamente, a distribuição das instituições que participam do desenvolvimento da nanotecnologia na Argentina está concentrada nas províncias centrais e especificamente nas grandes cidades como Capital Federal, Córdoba "Córdoba (Argentina)"), Río Cuarto "Río Cuarto (cidade)"), Santa Fe "Santa Fe (Argentina)"), Rosario "Rosario (Argentina)"), Mendoza "Mendoza (Argentina)"), La Plata, Mar del Plata e Baía Branca. Embora estes sejam os principais locais, também existem institutos com seus grupos de pesquisa e em alguns casos empresas nas províncias do norte e do sul do país, principalmente em Bariloche e San Miguel de Tucumán, entre outras cidades.[63]​.

Os microscópios ópticos convencionais, como os que encontramos nos laboratórios das instituições de ensino fundamental e médio, estão obsoletos. Atualmente existem ferramentas muito úteis, microscópios de alta resolução, como o microscópio eletrônico de varredura (MEV) da Universidade de Buenos Aires (UBA), que permite visualizar sistemas nanométricos, como nanopartículas de Cu20 (dióxido de cobre) utilizadas no setor agrônomo como fungicida.

A Argentina tem atualmente um aumento em instrumentos e aplicações de nanotecnologia, onde 60% da P&D é realizada por grupos de pesquisa em institutos e centros que se encontram em organizações de ciência e tecnologia ou em universidades, principalmente públicas e algumas privadas.[64]​.

Já em 2011, o Laboratório de Microscopia Eletrônica e Análise por Raios X (LAMARX)&action=edit&redlink=1 "Laboratório de Microscopia Eletrônica e Análise por Astronomia, Física e Computação (Universidade Nacional de Córdoba)"), pertencente à Universidade Nacional de Córdoba (UNC).[65]​.

Atualmente existe também, entre outros, o Nanofab,[66]​ um laboratório de aconselhamento, incubação e serviços de equipamentos públicos que conta com a participação de mais de 25 instituições.

As aplicações da nanotecnologia e dos nanomateriais abrangem todos os tipos de setores industriais. Na Argentina, alguns deles são:

Meio Ambiente: Segundo a FAN “Nanotek S.A.[67]​ propõe a utilização de nanopartículas de ferro de valência zero em camadas subterrâneas para a absorção de arsênico, substância que afeta grande parte do território nacional (16 províncias, 435 mil km2 e 2,5 milhões de habitantes) e envolve um desembolso de 14 milhões de dólares para o orçamento da área de saúde pública.”

Biomedicina: A pandemia gerada pela Covid-19 (SARS-CoV-2) levou à criação e melhorias de máscaras faciais, novamente utilizando tecnologias desenvolvidas pela Nanotek S.A. que indicam que estas máscaras: “Possuem nanopartículas de prata que libertam iões positivos, capazes de alterar os processos biológicos dos microrganismos.”[68]​.

Energia: Existem 22 grupos na Argentina que visam produzir novos materiais com maior eficiência para uso no setor energético, por exemplo nos componentes de moinhos eólicos (melhoram sua resistência e reduzem seu peso) e painéis solares (semicondutores capazes de captar mais energia solar).[69]​.

Por seu lado, no domínio legislativo, a Comissão Europeia fornece uma possível definição de nanomateriais com base no seu tamanho[70][71]​(sem ter em conta o risco que podem representar). No entanto, é realmente difícil traçar o limite para a sua identificação, uma vez incorporada nos produtos finais. Por outro lado, a produção e importação deste tipo de materiais dependem dos compostos químicos que os formam, uma vez que todos devem estar incluídos no REACH. Além disso, são necessárias técnicas rigorosas de rotulagem e embalagem para estes nanomateriais (especialmente se contiverem substâncias perigosas, caso em que o CRE deve ser notificado); bem como o fornecimento de um protocolo de ação para garantir seu uso seguro. Apesar de tudo, as implicações legislativas são tremendamente amplas, pois é uma disciplina que abrange tantos campos científicos, e questões como[72]​a legislação sanitária, a regulação do mercado ou a proteção de dados permanecem pendentes.

Quanto às considerações éticas, estas têm sido discutidas desde 2003, na reunião realizada em dezembro pelo COMEST (órgão administrativo da UNESCO) no Rio de Janeiro. Três anos depois, na reunião realizada em Dakar, foi elaborado um documento mais detalhado a esse respeito, que são as conhecidas “Recomendações COMEST sobre Nanotecnologia e Políticas Éticas”.[73]​ Este documento fala, entre outras coisas, sobre:

Porém, apesar de todo o debate e da aparente fragilidade dos mecanismos legislativos e éticos, existem hoje no mercado centenas de produtos que incorporam este tipo de tecnologia, especialmente medicamentos e cosméticos. Esta situação está maravilhosamente refletida no artigo “Ética e o desenvolvimento da Nanotecnologia”,[74]​ em que Hugh Lacey alude ao fato de que o contexto do desenvolvimento da nanotecnologia é realmente semelhante ao dos produtos transgênicos da época, ou seja, guiado principalmente pelo benefício econômico (e quanto mais imediato, melhor). Por outro lado, o debate ético sobre questões como os riscos que estas tecnologias podem acarretar ou os potenciais beneficiários permanece em segundo plano, porque implicaria atrasar o progresso científico e a possibilidade de ficar para trás tecnologicamente.