Nanotegnologia (por eduardo montelongo)

ANTECEDENTES

Con el comienzo del siglo XX la ciencia dio grandes pasos en el conocimiento, se empezó a conocer que toda la materia esta compuesta por las partículas diminutas llamadas átomos, aunque todo esto se conocía ya en parte, es en este siglo cuando finalmente se le empieza a dar utilidad. De tal forma tenemos que varios átomos forman moléculas, por ejemplo una molécula de oxigeno con dos de hidrógeno forman agua.

Pero estos conocimientos fueron más allá ya que con esto se pudo modificar la estructura de las moléculas como es el caso de los polímeros o plásticos que hoy en día los encontramos en todos nuestros hogares y que sin ellos no podríamos vivir. Pero hay que decir que este tipo de moléculas se les puede considerar “grandes”...

Con todos estos avances el hombre tuvo una gran fascinación por seguir investigando mas acerca de estas moléculas, ya no en el ámbito de materiales inertes, sino en la búsqueda de moléculas orgánicas que se encontrarán en nuestro organismo. Se descubrió que el cuerpo humano además de consistir como unidad fundamental: la célula, ésta tenia pequeños componentes llamadas organelas y éstas a su vez estaban compuestas por numerosas partículas o moléculas que juegan un papel importante en la regulación de los procesos fisiológicos del organismo.

No fue sino hasta principios de la década de los cincuenta cuando Watson y Crick propusieron que el DNA era la molécula principal que jugaba un papel clave en la regulación de todos los procesos del organismo y de aquí se tomo la importancia de las moléculas como determinantes en los procesos de la vida.

Hoy en día la medicina se le da más interés a la investigación en el mundo microscópico ya que en este se encuentran posiblemente las alteraciones estructurales que provocan la enfermedad, y no hay que decir de las ramas de la medicina que han salido mas beneficiadas como es la microbiología. Inmunología, fisiología, en fin casi todas las ramas de la medicina.

Con todos estos avances han surgido también nuevas ciencias como es la ingeniería genética que hoy en día todos han oído escuchar acerca del las repercusiones que puede traer la humanidad como es la clonación o la mejora de especies. Entre estas ciencias también se encuentra otras no muy conocidas como es la nanotecnología, a la cual se le puede definir como aquella que se dedica a la fabricación de la tecnología en miniatura.

La nanotecnología, a diferencia de la ingeniería genética, todavía no esta en pasos de desarrollo; Se le puede considerar como “ una ciencia teórica” ya que todavía no se le ha llevado a la practica ya que aun no es viable, pero las repercusiones que acarreara para el futuro son demasiadas.

Ya que la nanotecnología aun no es viable cabría preguntarse: ¿ para que preocuparse?, Pero la importancia radica en adelantarse a los problemas éticos que acarrearía tener esta tecnología antes de que ésta llegue súbitamente. Sin lugar a dudas esta ciencia va a ser la más importante en el tercer milenio.

Definición

La nanotecnología se puede definir como la ciencia que se encargará del diseño y construcción de maquinas capaces de la manipulación atómica y molecular; tambien varios investigadores la definen como la tecnología de manufactura del siglo veintiuno. A esta rama hoy en día no se le puede considerar como ciencia-ficción debido a que países tan importantes como EUA, Japón y varios países europeos están invirtiendo grandes cantidades de dinero para la realización de proyectos y su posible aplicación, ya que están convencidos que esta es la tecnología del futuro. En general, las principales expectativas que se esperan de la nanotecnología son la manipulación de átomos y la mejora de chips computacionales más complejos.

Es difícil prever lo que la nanotecnología puede alcanzar, pero su ruta debería ser la de la vida, relacionando física, química, biología y nuevos modelos y simulaciones matemáticas. Es una ciencia multidisciplinaria, y esta tecnología sólo será realizable cuando se comprendan los mecanismos básicos en el rango nanométrico. Los países que se lancen a esta aventura serán nuevos líderes mundiales.

Aplicaciones de los nanorobots

Los diseños de nanorobots son muy variados. En el campo de la medicina se piensa hacer diseños que mejoren al eritrocito1, a la mitocondria, a los leucocitos e incluso pequeños nanorobots que modifiquen las cadenas del DNA.

En el campo computacional se prevé que esta tecnología va a ser que los chips sean cada vez más pequeños y por consiguiente aumenten su capacidad de procesamiento, y es este campo donde se obtuvieron las primeras ideas acerca de lo que podría hacer la nanotecnologia, ya que los ingenieros de IBM a mediados de los 80´s propusieron dos tipos de tecnología de prueba proximal: AFM10 (atomic force microscope) y STM10 (scanning tunneling microscope) que como su nombre lo indica una se basa en el monitoreo microscopico y manipulación mediante una aguja electrónica pequeña (STM) y la otra en la manipulación molecular (AFM); siendo mediante estas tecnologías la que se basa IBM para el grabado de su logo en los chips electrónicos. Los primeros productos serán seguramente materiales de construcción superfuertes a una nanoescala, tales como los tubos Bucky propuestos por el Dr. RichardE. Smalley, profesor de química y física de la Universidad de Rice. Los Buckytubes son tubos de forma de malla de gallinero hechos de moléculas de carbón de forma de domo geodésico, llamados Buchyballs por Buckminster Fuller. Estos tubos son esencialmente fibras de grafito de tamaño de nanómetros, y su dureza es 100 a 150 veces más que el acero, con un cuarto del peso de este.

También se provee que esta tecnología ofrecerá importantes cambios en el mantenimiento del medio ambiente ya que los nanoinventos podrán degradar o utilizar los componentes contaminantes, eliminando así la contaminación.

Manorobots

Aunque todavía no se han fabricado nanorobots, existen múltiples diseños de éstos, incluso no pueden ser del todo robots es decir pueden hasta ser modificaciones de células normales llamadas también células artificiales. Las características que éstos deben de cumplir, entre las que se pueden mencionar:

Tamaño.-Como el nombre lo indica, los nanorobots deben de tener un tamaño sumamente pequeño, alrededor de 0.5-3 micras ( 1micra=1*10-6) más pequeños que los hematíes (alrededor de 8 micras.

Componentes.- El tamaño de los engranes o los componentes que podría tener el nanorobot seria de 1-100 nanómetros (1nm=1*10-9) y los materiales variaría de diamante como cubierta protectora, hasta elementos como nitrógeno, hidrógeno, oxigeno, fluoruro, silicón utilizados quizás para los engranes.

Velocidad de procesamiento.- El procesador central del nanorobot solo poseerá una velocidad de 106-109 operaciones por segundo (será mas lento que la velocidad de procesamiento de una Apple vieja), por lo tanto una mayor inteligencia de procesamiento no será requerida.

El ensamblador.-Se le ha dado el término de “ensamblador” a aquella pieza del nanorobot que es semejante a un brazo submicroscopico, cuyas características principales son las de reaccionar con compuestos, construir secuencias de moléculas y quizás la de copiarse a sí mismo, teniendo con esto la capacidad de autoreplicarse. Se le puede comparar con los ribosomas, las organelas encargadas de la trascripción y traducción de proteínas. Según los recientes diseños el brazo del ensamblador seria de diamante, de 100 nm de largo por 30 nm de diámetro y su tamaño será más grande que el del ribosoma pero más pequeño que la Escherichia coli. Todo esto suena muy complejo, pero cuando se llegue a la tecnología para fabricarlo será relativamente económico.

Foresight Institute

Con respecto a la información que se puede proporcionar sobre la nanotecnologia el Instituto Foresight9 tiene una amplia labor, difundir y transmitir los nuevos avances acerca de los que acontece con esta ciencia. El Instituto Foresight está dedicado "a preparar a la sociedad para anticiparla a las tecnologías avanzadas". Su objetivo primario es "que la nanotecnología, cuando esta se desarrolle, sea utilizada para mejorar las condiciones en el más amplio sentido, en vez de fines estrechos o de destrucción. La nanotecnología deberá ser desarrollada en forma abierta para que sirva al bienestar general y la continua realización del potencial humano. "Los esfuerzos del instituto incluyen el patrocinio anual de conferencias sobre el tema, la publicación del boletín trimestral Foresight Update, y el otorgamiento de premios para trabajos teóricos y experimentales en nanotecnología molecular. Actualmente, el Foresight Institute apoya la investigación técnica, pero la idea es que, para cuando la nanotecnología afecte nuestras vidas diarias, la infraestructura para tratar con los efectos sociales ya esté operativa.

NANOTECNOLOGIA APLICADA A LA MEDICINA:

LA NANOMEDICINA.

La nanotecnologia al aplicarse a la medicina se le conoce como nanomedicina. Con la descripción de los nanorobots, se puede intuir que la utilidad de éstos en las ramas medicas será muy importante. Para empezar los nanorobot medirán de alrededor de 0.5-3 micras, por lo cual podrán flotar libremente por los vasos sanguíneos. Las principales aplicaciones de estos será la interacción de los nanorobots con las células sanguíneas (eritrocitos y leucocitos) en la reparación de los tejidos, la cura del cáncer o SIDA y la posible terapia de enfermedades genéticas.

Sin lugar a dudas la nanotecnologia cambiara en gran medida a la medicina, ya que aunque la medicina de hoy comprende que la mayoría de las enfermedades se deben a cambios estructurares en las moléculas de las células, dista mucho ahora de corregirlas. Esto es el caso con el cáncer ya que se sabe que se debe a una reproducción anormal de un tejido, pero la solución sigue siendo extirpar el tejido afectado, seguimos dando soluciones macroscópicas, sin resolver las microscópicas y este tipo de problemas es de lo que sé encargar de resolver la nanomedicina.

Nanorobots inmunológicos.

El sistema inmune de nuestro cuerpo es el encargado de proporcionar defensas contra agentes extraños o nocivos para nuestro cuerpo, pero como todos los sistemas éste siempre no puede con todo. Entre estas deficiencias se encuentra que muchas veces no responde( como es el caso con el SIDA) u tras veces sobreresponde (en el caso de enfermedades autoinmunitarias). Cabe decir que los nanorobots estarán diseñados para no provocar una respuesta inmune, quizás las medidas que tienen estos bastaran para no ser detectados por el sistema inmune. La solución que ofrece la nanomedicina es proporcionar dosis de nanorobots para una enfermedad especifica y la subsecuente reparación de los tejidos dañados, substituyendo en medida a las propias defensas naturales del organismo.

Modificando el dna

Otra de las expectativas que se pueden lograr con la nanomedicina será sin duda la modificación de material genético humano y por consiguiente la cura de las enfermedades genéticas asociadas. Aunque la ingeniería genética es la que se encarga de la investigación en especial de esta molécula, la nanotecnología va a ser la encargada de proporcionar las herramientas necesarias para la manipulación de tan preciada molécula.

CONSECUENCIAS Y PELIGROS DE LA NANOTECNOLOGIA.

Quizás el mayor temor que las personas sienten cuando una nueva tecnología emerge es la seguridad propia o mundial. Los peligros de la tecnología han quedado manifiestos con las bombas nucleares, en donde en ese tiempo hubo la conmoción de las posibilidades y repercusiones que puede tener una tecnología aplicada a fines militares.

ACCIDENTE BIOLÓGICO

Un peligro que puede tener el nanoinvento es sin duda si éste se puede replicar. La mayoría de la gente cuando escucha que una maquina pudiera autoreplicarse teme que ésta pueda salirse de control de las manos del hombre. Para seguridad de estas personas Ralph Merckle2 en la primera conferencia de nanotecnologia del Instituto Foresight dice de manera resumida: “Para prevenir esto al nanorobot en la fabrica se le tiene que abastecer siempre de suficiente energía y partes, ya que de lo contrario como sucede con las bacterias el nanorobot podría sintetizar sus propias partes lo cual sería muy peligroso”. Además enfatiza que nunca se le daría a un nanorobot una fuente de energía que fuera un compuesto abundante en la naturaleza. Si todo esto no se llegara a cumplir el nanorobot se podría escapar del control de los humanos y constituir un verdadero problema semejante o aun peor que los virus.

ABUSOS

Este será principalmente el mayor problema que traerá la nanotecnologia, ya que ésta se puede utilizar tanto para fines benéficos como para fines no muy buenos. Prueba de ello es que los terroristas tendrán nuevas herramientas para poder matar a mas gente, pero la solución de esto será la regulación que deberá de tener a nivel internacional y la planeación de programas para impedir que esto suceda, así como de protocolos para regular la producción de nuevos nanoinventos. Hay que decir que lo más peligroso sería intentar detener esta tecnología ya que con estos los investigadores se verían atados de manos y los militares quizás los reclutarían para llevar a cabo programas clasificados.

En el ámbito medico quizás la organización encargada en la regulación de que nanoinventos deberán de salir al mercado será la FDA.