Introducción a la nanociencia y nanotecnología

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Introducción a la nanociencia y 
nanotecnología 
 
1 Introducción a la nanociencia y 
nanotecnología 
Pablo A. González / Javier Amalvy / Vera A. Alvarez 
 
Como hombres, siempre nos atrajo y nos maravilló lo que no podemos entender. 
Desde lo inabarcable, lo masivo, lo extenso. Desde estrellas, galaxias y nebulosas, 
hasta lo mínimo, lo sutil, lo leve de lo que no podemos tocar pero nos forma, las 
células, los virus, las proteínas, las moléculas individuales y, finalmente, la maravilla 
y el misterio del átomo aislado. 
 
Figura 1. Galaxias y nebulosas 
Lo enorme es tan fascinante como lo diminuto, y la única constante es la otredad. 
Lo ajeno en la escala. La misma imposibilidad que tenemos de relacionarnos con 
una estrella la tenemos de relacionarnos con un átomo, o así era, hasta la llegada 
de la nanotecnología. 
Lo nano 
La nanotecnología se apoderó del inconsciente colectivo en la forma más 
alquímica, en lo vago de responder simplemente ‘la ciencia de lo muy pequeño’, 
pero nunca entender qué tan pequeño es lo “pequeño”. 
¿Estamos hablando de algo tan pequeño como un átomo? ¿Hablamos de los 
componentes fundamentales de la materia? Hablamos del equilibrio entre 
protones, neutrones y electrones? No necesariamente, este campo le corresponde 
a la física cuántica, a la física de altas energías. Este es el dominio de los físicos de 
altas energías y los aceleradores de partículas. 
¿Hablamos entonces de células, bacterias y microorganismos? No, de nuevo 
estamos fuera de escala, pero ahora por encima. Este campo les corresponde a 
los biólogos o los médicos. 
 
Figura 2. E. Coli observado utilizando microscopía electrónica 
Un nanómetro es la billonésima parte del metro. La palabra “nano” viene del 
griego enano y significa pequeño. A modo comparativo un glóbulo rojo humano 
mide aproximadamente 10.000 nm; una célula de E. Coli (la bacteria presente en 
la materia fecal) 1.000 nm, un célula viral 100 nm y un ovillo o cadena enrollada de 
un polímero de 40 nm. A esta escala las propiedades físicas, químicas y biológicas 
de los materiales difieren de las correspondientes a átomos o moléculas y de la 
materia a granel. 
Para pensar en un nanómetro, podemos pensar que es algo tan pequeño que es 
lo que crece la barba entre que un hombre termina de pasar la afeitadora por su 
cara y que pone esa misma afeitadora bajo la canilla del baño. 
En la Figura 3 se muestra la escala desde metros a nanómetros junto con cosas 
representativas de cada una de esas mediciones. 
 
Figura 3. Escalas desde el Armstrong al micrón y materiales representativos de 
cada una de ellas. 
Frecuentemente se mencionan términos tales como compuestos nanocristalinos, 
nanomateriales, nanoestructuras, nanocompósitos, nanotecnología, nanociencia, 
nanotubos, nanopartículas, nanovarillas, nanoresortes y casi un listado infinito de 
palabras con el prefijo nano que involucra al nanómetro (1 nanómetro es la 
billonésima parte del metro). Estos términos están englobados en la 
nanotecnología y que se define, en general, como la investigación y el desarrollo 
a escala nanométrica y se la relaciona con la fabricación de dispositivos 
miniaturizados, capaces, por ejemplo, de circular por el cuerpo humano o de 
producir nanosoportes sobre los cuales se pueden conectar circuitos electrónicos. 
Como materiales nanoparticulados se definen, en cambio, aquéllos cuyas 
partículas discretas tienen un diámetro por debajo de los 100 nm en el caso que 
éstas sean esféricas; cuando se refiere a nanotubos o nanohilos la dimensión 
mayor se considera de hasta 200 nm [European Comisión 2003]. Referirse sólo al 
tamaño para caracterizarlos conduciría a una visión incompleta y parcial de los 
nanomateriales ya que presentan propiedades inusuales, muy diferentes a las que 
conocemos en normalmente en nuestra escala macroscópica o macroescala. Los 
nanomateriales son materiales que deben sus propiedades a una organización 
interior en una escala nanométrica o en la nanoescala (ver capitulo Importancia 
de los átomos en la superficie). 
Se comenzó a hablar de nanotecnología en los años ochenta, sin embargo, 
algunos nanomateriales eran ya empleados hace 2000 años (ver capitulo 
Prehistoria de la Nanotecnología). Un ejemplo muy conocido es el de la copa de 
vidrio de Licurgo (Roma, siglo IV A.C.), hoy expuesta en el Museo Británico [Liz-
Marzan 2004, Berry 2003]. La copa cambia de color de acuerdo con la incidencia 
de la luz sobre la misma; observada con luz reflejada aparece verde, e iluminada 
desde su interior, la luz transmitida a través del vidrio hace que se la vea roja. El 
análisis del vidrio permitió revelar que contenía partículas muy pequeñas (~70 nm) 
de plata y oro, en una proporción molar de 14:1 y, es justamente el tamaño de 
esas partículas en suspensión, lo que confiere al vidrio los diferentes colores. 
Figura 4. Copa deLycurgus 
Además de este ejemplo de nanocompuesto obtenido de forma casual, podemos 
citar otros con bases intencionales: la fabricación de partículas de negro de humo 
y la obtención de dióxido de silicio “fumé”, en los años cuarenta. Esta época 
marca quizás la iniciación real de la era nanotecnológica. 
Sin embargo, el término nanotecnología ha ido evolucionando y se ha llegado a 
definiciones bien establecidas. La National Nanotechnology Initiative Strategic 
Plan de los Estados Unidos de Norteamérica, define nanotecnología como [NNI 
Strategic Plan 2007]: 
“Nanotecnología es el entendimiento y el control de la materia en dimensiones, 
aproximadamente, desde 1 a 100 nanómetros, donde fenómenos únicos permiten 
nuevas aplicaciones. Comprende la ciencia a nanoescala, ingeniería y 
tecnología, incluye la obtención de imágenes, medidas, modelado y 
manipulación de la materia en esa escala”. 
La I+D en nanotecnología está dirigida directamente al entendimiento y creación 
de materiales mejorados, aparatos y sistemas que explotan esas nuevas 
propiedades. El estudio de las propiedades de los objetos y fenómenos a escala 
nanométrica se denomina en forma general como nanociencia. Creando 
estructuras a la escala del nanómetro, es posible controlar propiedades 
fundamentales de los materiales, tales como punto de fusión, propiedades 
magnéticas, capacidad de carga eléctrica, incluyendo cambios del color, y sin 
cambiar la composición química del material. Haciendo uso de este potencial es 
que se han desarrollado y se desarrollan productos de altas prestaciones no 
disponibles con tecnologías anteriores. 
¿Que son las nanopartículas? Las nanopartículas son objetos que tienen escala 
nanométrica en los 3 ejes. En cambio, los nanocables, nanotubos, nanobarras, 
viriones, proteínas, ADN, poseen dos dimensiones por debajo de los 100 nm. Por 
último, existen las nanoláminas y los nanofilms, donde tenemos solo una dimensión 
nanométrica, pero aun así nos encontramos en presencia de objetos que 
corresponden al ámbito de las nanociencias. 
Otra forma de acotar lo nano puede ser funcional, y tiene que ver con cómo la 
escala nanométrica presenta propiedades físicas, químicas y ópticas particulares 
para su dimensión. Esa es la definición que consideraremos.