(67) NANOTECNOLOGÍAS: EN PAÍSES EN DESARROLLO www.conacyt.gob.sv (67) NANOTECNOLOGÍAS: EN PAÍSES EN DESARROLLO M.Sc. JOSE ROBERTO ALEGRIA COTO Dpto. de Desarrollo Científico y Tecnológico ralegria@conacyt.gob.sv 2o. Nivel, Aulas A 21-22 Universidad Francisco Gavidia 17 de noviembre de 2005 6:40 a.m.

OBJETIVOS Presentar una información general condensada sobre nanotecnología e importancia de ésta para los países en desarrollo como El Salvador. Estimular el interés y el debate sobre el impacto que tendrán estas tecnologías convergentes en los próximos 6 años.  

CONTENIDO Introducción Tecnologías Convergentes (nano) ¿Nanotecnología para países en Desarrollo? ¿Por qué invierten los países en investigación nanotecnológica? PROPUESTAS

REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICA Revolución Industrial 2a. Revolución Informática Crecimiento de las Innovaciones Textiles Ferrocarril Automovil Computadora Nanotecnología Fuente: Norman Poire Merrill Lynch Se predice que la Nanotecnología rivalizará con el impacto en el desarrollo producido por el automovil y la introducción de la computadora personal.

FENÓMENO DIGITAL BYTES ACTIVIDAD REALIZADA 0.1 B Una decisión binaria 200 MB Una cinta de nueve canales (IBM 3480) 1 B Un carácter simple 500 MB Un CD-ROM 10 B Una palabra 1 GB Una sinfonía HF 100 B Una tarjeta perforada (computadoras antiguas) 50 GB Un piso de libros de una Biblioteca Nacional 2 KB Una página mecanografiada 1 TB Información en 50.000 árboles hechos papel 10 KB Una página web estática 2 TB Una excelente biblioteca académica 50 KB Imagen comprimida de página de documento 10 TB Colección impresa Biblioteca Congreso USA 100 KB Una fotografía de baja resolución 2 PB Todas las bibliotecas académicas de USA 1 MB Una novela pequeña 8 PB Toda la información actual en la Web 2 MB Una foto de alta resolución 20 PB Toda la producción de discos duros en 1995 5 MB Toda la obra de Shakespeare 200 PB Toda la producción impresa de 1995 10 MB Un minuto de sonido HF 2 EB Toda la información de un año 50 MB Una mamografía 5 EB Todo lo hablado por los humanos 100 MB Un estante de libros tamaño estándar ZB21 = Zettabyte (10 a la 21 bytes); YB24 = Yottabyte (10 a la 24 bytes) B = BYTE; KB = KILO BYTES ( MIL BYTES); MB = MEGA BYTES (UN MILLÓN DE BYTES); GB = GIGA BYTES (MIL MILLONES DE BYTES); TB = TERA BYTES (2 BILLONES DE BYTES); PB = PETA BYTES (DOS BILLONES CIEN MIL); EB = EXA BYTES (1018 BYTES). Fernandez-A. J. R. Ciencia Innovación y Desarrollo, vol. 7, No. 3, 2002, 14-17 p.

COMPUTACIÓN CUÁNTICA MUY CERCA Investigadores de UCLA cambiaron el spin de un solo electrón en un chip transistor comercial ordinario, detectando los cambios de corriente cuando el electrón cambiaba de spin (El spin de un electrón representa un bit cuántico. El bit es la unidad mínima de información que puede almacenar y manejar un ordenador, equivalente a un 0 o un 1). ¿Cuán poderosa puede ser la computación cuántica? "Con 100 transistores cuánticos montados en la tecnología actual de silicio, se podría tener almacenada la información implícita que corresponde a todos los discos duros hechos en el mundo entero en el 2004, multiplicado por el número de años desde el surgimiento del universo", dice Eli Yablonovitch, catedrático de UCLA de ingeniería eléctrica, director del Centro para la Innovación de Nanociencia para la Defensa y miembro del Instituto de NanoSystems de California. "¿Y por qué parar con 100 transistores?“ http://www.newsroom.ucla.edu/page.asp?RelNum=5356

TECNOLOGÍAS CONVERGENTES La convergencia tecnológica se refiere a la combinación sinérgica de Nanotecnología, Biotecnología, Tecnologías de la información y Ciencia del Conocimiento, en los campos de la ciencia y de la tecnología: i) nanociencia y nanotecnología; ii) biotecnología y biomedicina, incluyendo ingeniería genética; iii) tecnología de la información, incluyendo computación avanzada y comunicaciones; iv) ciencia del conocimiento, incluyendo neurociencia cognoscitiva.

NANO = 10-9 Mili = 10-3 Micra = 10-6 Angstrom = 10-10 Pico = 10-12 PREFIJOS DE MEDIDAS 1 Milímetro = 10-3 m 1 milésima de metro 1 millón de nanómetros ORILLA DE UN DIME Mili = 10-3 Micra = 10-6 NANO = 10-9 1 Micrómetro = 10-6 m 1 millonésima de metro mil nanómetros LÍNEAS DE CIRCUITO DE CHIP 1 Nanómetro = 10-9 m 1 mil millonésima de metro 10 ÁTOMOS DE HIDRÓGENO Angstrom = 10-10 Pico = 10-12 Femto = 10-15 Atto = 10-18 1 Angstrom = 10-10 m 1 billonésima de metro ÁTOMO DE HIDRÓGENO

NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: ¿QUÉ SON? La nanociencia se dedica al estudio de las propiedades de los objetos y fenómenos a escala nanométrica (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro). La nanotecnología trata de la manipulación “controlada” y producción de objetos materiales, instrumentos, estructuras y sistemas a dicha escala. La nanociencia y la nanotecnología son ejemplo de (nano) tecnociencia.

NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: ¿QUÉ SON? El término de “nanotecnología”, es más empleada que el de “nanociencia”. El ámbito de la escala de trabajo que abarca, usualmente va desde 1 a 100 nanómetros. La nanotecnología opera a nivel atómico y molecular, pero en principio nada impide que el nivel de operación descienda hasta las partículas subatómicas, los “ladrillos del universo”.

ORIGENES DE LA NANOTECNOLOGÍA En la 4a. Centuria d.C., los romanos aplicaban nano partículas de oro y plata para colorear vasos de vidrio. Los vasos eran rojos en luz transmitida y verdes en luz reflejada, la sofisticada técnica no volvió a reproducirse, sino hasta la edad media. El primero en hablar de nanotecnología, en 1959, fue Richard Feynman, teórico cuántico y Premio Nobel, en su libro “Plenty of Room at the Bottom”, en donde examino el infante campo de la ciencia de los materiales. Eric Drexler, en 1981, publicó el primer trabajo científico sobre nanotecnología molecular, en 1986 publicó “Ingenios de la Creación” y en 1991 recibió el único doctorado del MIT en el campo de la nanotecnología.

FACTORES DE IMPULSO A LA NANOTECNOLOGÍA 1o. Hasta hace pocas décadas se tuvieron las herramientas para trabajar en el nivel de la nanoescala (Microscopios Sondas de Barrido, Simulación por computadora de la mecánica cuántica, litografía maleable de rayos x, combinado con nuevos métodos de síntesis, y el descubrimiento de fullerenos y nanotubos). 2o. La nanotecnología tiene como propósito fundamental, manufacturar con ultimada precisión en la escala atómica de manera descendente “bottom up”, con el propio ensamblamiento de los átomos en configuraciones precisas, tal como ha sido por muchos años en la Química Combinatoria. 3o. El reconocimiento que la nanotecnología es un campo emergente que demanda y crea nuevos niveles de colaboración multidisciplinaria y fertilización cruzada entre las ciencias. Debido a la explotación integrada de principios biológicos, leyes físicas y propiedades químicas en la nanoescala.

EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO® Microscopio de Sonda de Barrido (SPM): Detalles de la plataforma de construcción PRINCIPIO GENERAL DE LA MICROSCOPÍA DE FUERZA: Las fuerzas entre la superficie y la punta del cantilever lo inclinan causando que la punta sea desviada hacia arriba y hacia abajo. La desviación del cantilever cambia la posición de haz de láser que se refleja fuera de la punta del cantilever hacia una serie de fototodiodos. El movimiento del haz se rastrea por los fotodiodos y se usa para calcular la desviación del cantilever. Interacción entre la punta y la superficie Fuente del laser Serie de Fotodiodos superficie mrsec.wisc.edu/edtcLEGO/PDF files/2-1app.PDF

i) herramientas (para ver, manipular e ingeniar en el nivel atómico); APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA i) herramientas (para ver, manipular e ingeniar en el nivel atómico); ii) materiales (por las diferentes propiedades que manifiestan); iii) dispositivos (para el funcionamiento corporal y laser avanzados); iv) técnicas para construir estructuras a nanoescala (autoensamblamiento, nanolitografía);

APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA v) tecnología electrónica y de información (incremento del poder de la computación en pequeño espacio a bajo costo); vi) ciencias de la vida (habilidad para trabajar en la escala de los sistemas biológicos); vii) energía, procesos, medio ambiente (catálisis, fuentes energéticas limpias).

NANOTECNOLOGÍA PARA PAÍSES EN DESARROLLO “La Nanotecnología es particularmente importante para los países en desarrollo, debido a que involucra poca labor, tierras o mantenimiento; es altamente productiva y barata; y sólo requiere modestas cantidades de materiales y energía” De Innovation: applying knowledge in development, report of the UN Millennium Project, Task force on Science, Technology and Innovation, 2005. Teniendo en cuenta que para su apropiación y beneficio es fundamental el recurso humano en ciencias e ingenierías que se tenga.

NANOTECNOLOGÍA PARA PAÍSES EN DESARROLLO El impacto global de la nanotecnología puede depender en gran medida de la respuesta a cinco preguntas claves sobre innovación Nanotec- nológica: ¿Quién?, ¿Qué?, ¿Cuándo?, ¿Dónde? y ¿Por qué? Los países en desarrollo pueden experimentar diferentes formas de comprometerse con la nanotecnología. Algunos sugieren, incursionar en áreas nanotecnológicas de producción primarias, como algodón, caucho, minerales. ¿El sur, podría ser base para la manufactura de innovación en nanotecnologías? Hay que tener siempre en mente que las aplicaciones de la nanotecnología hechas en el norte para el sur, en el escenario previsto los del sur aparecen como actores pasivos, que se convierten en importadores de nanotecnología, con una amplia dependencia económica y tecnológica. AzoNano, On line Journal of Nanotechnology, september 2005, vol. 1, a0103.

BENEFICIOS POTENCIALES PAÍSES EN DESARROLLO Prioridades de acuerdo al beneficio potencial para los países en desarrollo: 1o. Almacenamiento, producción y conversión de energía, 2o. Fomento de la productividad agrícola, 3o. Tratamiento del agua, 4o. Liberación de medicamentos, tamizaje y diagnóstico de enfermedades. Nanotecnología portable para la Detección de Riesgo Genético. Dispositivo del tamaño de una mano humana, ayudando a los médicos, en minutos, a determinar la predisposición genética de un paciente a ciertas enfermedades. Ha sido probado para detectar mutaciones en el gen BRCA1 causal de 2.5 a 5% de la incidencia de cancer de seno en mujeres. www.terradaily.com/news/nanotech-05zzy.html Nano-espongas para Metales Tóxicos. Partículas microscó- picas con agujeros en forma de panales de abeja de sólo nanometros de ancho pueden ayudar a limpiar las aguas de metales tóxicos. Los SAMMS (monocapas auto ensambladas sobre mesoporos) absorben grandes cantidades de metales sin crear desechos secundarios. www.terradaily.com/news/pollution-05zt.html

BENEFICIOS POTENCIALES PARA EL MEDIO AMBIENTE Puede mejorar la producción agrícola para una población incrementada, proveerá filtros y desalinización del agua más económicos, posibilitará fuentes de energía renovables, tal como la conversión altamente eficiente de la energía solar. En donde las proyecciones indican que avances en iluminación basados en nanotecnología tienen el potencial para reducir el consumo global de energía en más del 10 %, ahorrando 100 mil millones de dólares por año, con una correspondiente reducción de emisión de 200 millones de toneladas de carbón   En el gráfico las esferas amarillas representan la función del thiol que tiene bastante alta afinidad por la adsorbción del mercurio (representado por las esferas azules). Nanotechweb.org/articles/news/3/4/6/1 (http://itri.loyola.edu/nano/NSET.Societal.Implications/)

BENEFICIOS POTENCIALES PAÍSES EN DESARROLLO Diagnóstico y tratamiento de tuberculosis usan- do nanotecnología. En 1993 la OMS la declaró una emergencia global a Micobacterium tuberculosis (TB), por su incrementada resistencia a múltiples antibióticos. En la India han desarrollado un kit de diagnóstico de TB basado en nanotecnología, portátil, no requiere entreno, costo menor a US $ dólar por prueba. En USA investigan sobre biosensores ópticos para rápida detección de TB. USA, India y Sudáfrica, ensayan nanopartículas de Polilac- tidos co-glicolidos, como portadores de medicamentos para tratar la TB. Todos los grupos han registrado eficientes niveles de encapsulación de los medicamentos. Grupos de India y Sudáfrica han demostrado perfiles sostenidos de liberación. El grupo de la India ha reportado una incrementada biodisponibilidad y conteo bacteriano indetectable en los pulmones y el bazo, en ratones infectados con M. Tuberculosis, después de 21 días de su inoculación. AzoNano, On line Journal of Nanotechnology, september 2005, vol. 1, a0103.

BENEFICIOS POTENCIALES PAÍSES EN DESARROLLO Investigación en nanotecnología para la prevención de otras enfermedades infecciosas. Sudáfrica, Brazil e India investigan conjuntamente en nanotecnología para asistir en HIV/Sida. En Australia desarrollan un gel preventivo, HIV microbicida basado en nanotecnología de dendrimeros, que puede permanecer efectivo cuando es aplicado en la mujer para el transcurso de 4 horas de avanzadas relaciones sexuales. También, en nanovacunas para malaria. En Brazil investigan liberar medicinas y vacunas para leishmaniasis. En Nigeria estudian ensamblamiento de copolimeros para el diagnóstico a través de imágenes y manejo terapeútico de enfermedades infecciosas. USA e India, investigan sobre fácil manufactura de filtros de nanotubos de carbono que remuevan en el agua, en el nivel de la nano escala, gérmenes tales como el virus de la polio y bacterias E. coli, y Staphylococcus aureus. . AzoNano, On line Journal of Nanotechnology, september 2005, vol. 1, a0103.

Farmacéutica, cerca de la mitad de toda MERCADO MUNDIAL DE UN TRILLON US $ DÓLARES Farmacéutica, cerca de la mitad de toda la producción puede depender de la nanotecnología, superando los 180 mil millones. Nanovectores para la liberación de fármacos anti-cancer y agentes para el contraste de imágenes. Arreglos de nanotubos y nanocantilevers están entre las apróximaciones lideres para la detección temprana de lesiones precancerosas y malignas de los fluidos biológicos (Nature Reviews Cancer, vol. 5. March 2005). La técnica de las Nanoparticulas detecta proteínas relacionadas con Alzheimer's, al medir la concentración de los ligandos difusibles β-amiloides en el fluido cerebroespinal http://nanotechweb.org/articles/news/4/2/1?alert=1

PRODUCTOS NANOTECNOLÓGICOS Tinta; Protectores solares y cosméticos; Compases del estado sólido; Agente de unión dental; Parachoques en los automóviles; Cintas de la grabación magnéticas; Unidades de disco duro de la computadora; Convertidores catalíticos automovilísticos; Herramientas que cortan metal; Pelotas de tenis de largo duración; Raquetas de tenis más fuertes y ligeras, Vendajes para quemaduras y heridas; Vestidos y colchones resistentes a las manchas; Cubiertas protectoras que reducen la luz intensa en lentes y autos; Pinturas protectoras contra la corrosión, arañazos y radiación. Fuente: Washington Post. Iniciativa de Nanotecnología Nacional

DISTRIBUCIÓN GLOBAL DE ACTIVIDAD NANOTECNOLÓGICA Y CLASIFICACIÓN ¿INVIERTEN porque en el 2011, el negocio mundial será de un TRILLON de dólares? Fuente: McClurcan, D., AzoNano, On line Journal of Nanotechnology, september 2005, vol. 1, a0104.

LABORATORIO DE NANOTECNOLOGÍA DE COSTA RICA El Centro Nacional de Alta Tecnología (CENAT) es la Institución que hospeda a LANOTEC en un local de 300 m2. La inversión inicial de LANOTEC fué de US $ 50.000 y está siendo equipado con unos cientos de miles de dólares adicionales. Las instalaciones tienen un cuarto de ultra limpieza, requerido para la investigación de alta tecnología de materiales, cuenta con microscopios electrónicos, de fuerza atómica (AFM) y otros. La construcción de LANOTEC y la compra del equipo fue financiado por la Fundación para la Cooperación de los Estados Unidos de América y Costa Rica, Fondos de incentivos del Ministerio de C&T, y por la Fundación Pro-CENAT.

Sistemas de Nano estructurass Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ) Cluster competitivos de Nanotecnología en Suiza Universidad de . EMPA CSEM PSI Geneva Fribourg Basel Neuchâtel EPFL ETHZ Sistemas Nano orgánicos Partículas de Cerámica Compuestos de recubrimiento partículas materiales Puntas y herramientas replicación Superficies Nanotubos fabricación óptica Analítica sensores Biosensores Sondas Dispositivos electrónicos Sistemas de Nano estructurass Nanoestructuras/ Nanoreplicación Nanofábricas nano- manipulación Puntas y herramientas Puntas y Sondas Nanocompuestos de Sensores Artificiales NMR/NMI/ Campos magnéticos Nanoestructuras Programa Top Nano 21

Tecnología, que identifique PROPUESTAS Es de urgencia para el país apostarle a una Política de Nación de Ciencia y de Tecnología, que identifique los nichos de conocimiento a ocupar, y promueva la adquisición de infraestructura necesaria y la formación de recursos humanos con capacidad de investigar, desarrollar y aprovechar tecnologías que ayuden a mejorar la calidad de vida de la población. ¡Tomadores de decisión política, para el 2011 el negocio de las nanotecnologías será del orden del TRILLÓN DE DÓLARES! Estamos cerca, empecemos ya, no nos condenemos a ser simples usuarios, sin intentar llegar a dominar un nicho específico.

PROPUESTAS Las universidades deben iniciar la formación de recursos humanos en tecnologías emergentes como las nanotecnologías Una forma de intentarlo es identificando a su interior recursos humanos con el potencial para ganar experticia mediante convenios de cooperación que podrían establecer los rectores con académicos y universidades internacionales que trabajen en dichos campos, para iniciar procesos de mútua colaboración, y así empezar el crecimiento y dominio de la temática, que permita en el mediano plazo, la conformación al interior de la universidad de centros de excelencia en la investigación en el área temática de su interés.

PROPUESTAS Propugnar desde nuestros diferentes ámbitos y medios con que contemos, para que en la educación formal: “Se estimule al máximo el potencial de la capacidad imaginativa y por ende la creatividad de cada niño, mediante un entorno educativo que le facilite el acceso al conocimiento, de acuerdo a su preferencia, e incentive el aprendizaje de las ciencias y las matemáticas, promueva las aptitudes para las ingenierías y los encamine a manejar los conceptos de la nanoescala, para que cuando entren a las universidades en ciencias e ingenierías, piensen y apliquen su inventiva en la escala nanométrica.

COMENTARIOS, REFLEXIÓN? ¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN! ¿PREGUNTAS, APORTES, COMENTARIOS, REFLEXIÓN? Atentamente JOSÉ ROBERTO ALEGRÍA COTO ralegria@conacyt.gob.sv