NANOTECNOLOGÍA

NANOMATERIALES :
nanotoxicología es el estudio de la toxicidad de los nanomateriales, nanopartículas y nanocomposites. Debido a los efectos cuánticos del pequeño tamaño y la gran superficie en relación al volumen, los nanomateriales tienen propiedades únicas en comparación con sus propiedades cuando son más grandes.- ..........................................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=62285dbbc367425179abfc19cb0f174c4718c575&writer=rdf2latex&return_to=Nanotoxicolog%C3%ADa

De acuerdo con las conclusiones de dos informes recientes sobre nanotoxicología, la mayoría de los estudios realizados en los últimos diez años se han centrado principalmente en la aplicación de los nanomateriales en lugar de su riesgo para la salud humana y el medio ambiente.

Pero ¿a qué se debe la falta de estudios de riesgo para la salud humana y el medio ambiente? Todo apunta a la falta de disponibilidad de expertos en el tema.

Esto me recuerda a la visión productiva que se empeña en dar al ingeniero de materiales hoy en día: “usted debe ser capaz, de resolver problemas, cubrir necesidades mediante la fabricación y el diseño de nuevos materiales o mejorar los que ya existen” me comentaba un profesor de materiales hace unos años. ¿Pero qué pasa cuando estos materiales pasan a estar fuera de uso? ¿Qué repercusión pueden tener sobre la salud humana, sobre todo si nos movemos en el campo de  los biomateriales? A veces a estas preguntas, no es fácil responder precisamente por la falta de gente especializada en el tema.

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Harald Krug, un toxicólogo que contribuyó significativamente en los informes, llegó a la conclusión, en base a sus diez años de estudio en el campo nanoseguridad, que hasta ahora no hemos sido testigos de los riesgos debido a la utilización de los nanoproductos o nanopartículas libres. Sin embargo, aunque no hay pruebas sólidas sobre los efectos nocivos de las nanopartículas sintéticas, añadió: las compañías que planean vender sus “nanoproductos” deberían echar un vistazo a su ciclo de vida completo, desde la producción, su uso hasta que se elimine o se recicle.

Un informe publicado por la Asociación de la Industria Química y la Sociedad Alemana de Ingeniería Química y Biotecnología ofrece una sinopsis sobre los estudios de investigación relevantes. En uno de estos estudios, el Hospital Cantonal de St. Gallen ha examinado la posibilidad de entrada de las nanopartículas en la placenta humana y en el sistema circulatorio de un feto y descubrieron que las partículas con un diámetro de 200 a 300 nm fueron capaces de entrar en su torrente sanguíneo.

En el segundo informe que fue presentado recientemente en Bruselas, se centró en la falta de conocimiento en el campo nanotoxicología y destacó la necesidad de llevar a cabo estudios de investigación que permiten el uso directo de los nanomateriales, sin causar daños ni para la salud humana o para el medio ambiente.

Hay un dicho que en castellano dice: “cuando el río suena agua lleva”, lo que al caso nos viene como anillo al dedo, pues la evidencia de que ciertas nanopartículas son nocivas para la salud, son palpables, como muestran los siguientes estudios de los que me hago eco.

Resulta que investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU) han descubierto que las nanopartículas de óxido de zinc, un compuesto químico muy utilizado en productos de consumo, son capaces de causar cáncer.

De izquierda a derecha: el profesor asistente Ng Kee Woei y profesor Oachim Loo muestra las células con ADN dañado por las nanopartículas de óxido de zinc. (Universidad Tecnológica de Nanyang)

De acuerdo con el estudio, las nanopartículas de óxido de zinc son capaces de entrar en las células humanas, causando daños en el ADN de las células, y a su vez estimulando la p53, una proteína que impide la multiplicación de las células dañadas y su conversión en células cancerosas. Sin embargo, las células que carecen de p53 o no puede generar la cantidad adecuada de p53 funcional se convierten en células cancerosas cuando fueron expuestas a las nanopartículas de óxido de zinc.

Los resultados del estudio enfatizan en que las empresas deberían  de volver a evaluar los efectos tóxicos de las nanopartículas de óxido de zinc utilizado en productos de consumo y llevar a cabo más estudios de investigación sobre los niveles de concentración y aplicación de las nanopartículas en productos de uso diario. Los resultados han revelado también que según Ng: Las nanopartículas de óxido de zinc son capaces de elevar los niveles de estrés en las células, causando la muerte de la inflamación o incluso de células.

A día de hoy el equipo también está investigando las posibilidades de re-diseño de los nanomateriales con el fin de reducir sus efectos tóxicos sobre la salud humana, conservando sus propiedades funcionales.

Las nanopartículas de ZnO no han sido blanco exclusivo de estudio por el grupo del doctor Ng, si no que un equipo de investigadores de Suiza y Australia ha desarrollado un método óptico para examinar cuantitativamente la concentración de nanopartículas de óxido de zinc que como he mencionados se usa en productos de consumo como cremas solares.

De aquí surge la siguiente paradoja, por un lado las cremas solares las utilizamos para protegernos de las exposición a los rayos solares, pero sabiendo que en su composición presentan nanopartículas de ZnO que son tóxicas. ¿Frente a qué nos estamos protegiendo realmente?

Las nanopartículas de óxido de zinc presentan una buena absorción óptica en el rango ultravioleta A y ultravioleta B y la transparencia en el rango de luz visible, por lo que es un ingrediente atractivo y adecuado para los cosméticos de protección solar. Sin embargo, la manifestación de la toxicidad de las nanopartículas de óxido de zinc en algunos tipos de células humanas llevó al equipo de investigación a estudiar el impacto de tales nanomateriales en la piel.

El color amarillo representa la fluorescencia de la piel excitada a 405 nm, de color violeta se representa la distribución de nanopartículas de óxido de zinc en la piel (estrato córneo) excitado a 770 nm (Biomedical Optics Express)

nanotubos a estructuras tubulares cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro pero, generalmente, el término se aplica a los nanotubos de carbono.- ...............................................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=0a36306f9ee7467c73281487eb118e15a8d011df&writer=rdf2latex&return_to=Nanotubo

Para entender qué es un nanotubo de carbono se toma una hoja de grafeno y enrolla en forma cilíndrica como se puede ver en el dibujo.

Estos son moléculas con estructura tubular constituidas únicamente de átomos de carbono. Son sistemas ligeros, huecos y porosos que tienen alta resistencia mecánica, y por tanto, interesantes para el reforzamiento estructural de materiales y formación de composites de bajo peso, alta resistencia a la tracción y enorme elasticidad. Además posee una alta capacidad de conducción eléctrica siendo un semiconductor y a veces casi se comporta como un superconductor. Otra capacidad que tiene es la alta resistencia a la temperatura.

Con todas estas propiedades, los nanotubos de carbono se han vuelto un objeto muy interesante de analizar, estudiar y desarrollar para los científicos de la nueva era, ya que cumplen con la habilidad para trabajar a escala molecular permitiendo crear grandes estructuras con nueva organización molecular, son materiales base, utilizados para la síntesis de nanoestructuras vía autoensamblado, tienen propiedades y simetría únicas que determinan sus potenciales aplicaciones en diferentes campos que van desde la electrónica, formación de composites, almacenamiento de energía y biomedicina. Además de poseer muchas ventajas competitivas entre otros materiales y tecnologías que existen actualmente. Incluso tecnologías recientes como las pantallas de LCD y plasma, donde la fabricación de pantallas con nanotubos de carbono permite tenerimágenes mas definidas y con un menor costo.

Sobre las características de lo nanotubos hay que la distancia entre los átomos de carbono es de 1,425 Å. Los nanotubos suelen tener diámetros típicos entre 0,4 y 2,5 nm. Por debajo de los 0,4 nm la tensión causada por la curvatura es muy fuerte y puede romper los enlaces y por encima de los 2,5 nm es energéticamente mejor no formar un tubo sino una cinta doble.

Ahora existen variadas formas y tipos de nanotubos, todo esto depende según el método en que se formen, los nanotubos van a tener una distinta distribución. Esto puede producir que el nanotubos tengan una sola pared o más paredes, o que la forma de la malla sea distinta formando tubos de carbono con distintas propiedades.

Los nanotubos de paredes múltiples Se tratan de nanotubos de diferentes diámetros, uno dentro del otro como lo demuestra el primer dibujo de arriba. Por tener mas capas la parte interior está más protegida de sustancias químicas. En las capas mas exteriores las propiedades de las capas se aproximan más y más al grafito, estos por su mayor tamaño fueron descubiertos antes que los nanotubos de una sola pared, incluso en 1952.

Debido a la manera de enrrollar la malla de grafeno se pueden obtener distintas formas de nanotubos, como la zig –zag, armchair, chiral, como los que se muestran en la segunda imagen de arriba. La importancia de de estas formas puede llegar a ser muy relevante, en los nanotubos zig-zag se puede decir que son semiconductores, ahora dependiendo de su diámetro y temperatura, incluso teóricamente se puede decir que los nanotubos armchair por sus características pueden ser tratados como un elemento metálico.

A continuación una reseña sobre la historia de los nanotubos de carbono para dar a conocer la importancia que este tuvo al transcurrir los años en la nanotecnología y el impacto que este causó debido su estructura y propiedades que se han usado para una amplia diversidad de nuevas aplicaciones.

Primero se debe mencionar que están los CNT (nanotubos de carbono), y los CNF (nanofibras de carbono) en la cual su separación se debe a su origen más que su propia estructura.

Los nanotubos de carbono fueron descubiertos y desarrollados por grupo de investigación que trabajaban sintetizando Fullerenos (moléculas de carbono) vaporizando grafito; en cambio, las nanofibras de carbono fueron desarrollados a fin de producir unas fibras de carbono alternativas y más económicas que las obtenidas por hilado.

Como primer antecedente histórico, en 1889 Hugues Chambers patentó en EE-UU. Un procedimiento para la fabricación de filamentos de carbono utilizando como gases precursores hidrógeno y metano en un crisol de hierro.

En el año 1952 ya se habían descubierto nanotubos en Rusia por los científicos Radushkevich y Lukyanovich, donde hicieron publicaciones en ruso que pasaron desapercibidas para los científicos de la época.

Al año siguiente, Davis, Slawson y Rugby con el desarrollo del microscópico electrónico describen la producción de unos filamentos entre 100 y 200 nm de forma helicoidal, a partir de la desproporción de monóxido de carbono catalizado por hierro a 450ºC, permaneciendo este en la punta de los filamentos; a la ves se producían también carbono amorfo y carburos de hierro.

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