1.3. Aproximación top-down y bottom-up

La actual tecnología de fabricación se basa en el planteamiento conocido como “top-down” (de arriba hacia abajo) que consiste, de modo similar a lo que hace un escultor, partir de un bloque de material de grandes dimensiones e ir moldeándolo y cincelándolo progresivamente hasta obtener un objeto de un tamaño más pequeño con la forma deseada.
En la aproximación “nano” se va a proceder justo siguiendo el camino contrario, ir de lo pequeño a lo grande, es lo que se denomina aproximación “bottom-up” (de abajo hacia arriba), en la que haciendo una similitud con los juegos infantiles de construcción (compuestos de piezas de distinta forma, color y tamaño) vamos a comenzar con elementos básicos como átomos, nanopartículas, ácidos nucleicos o proteínas para ensamblar moléculas e incluso construir diferentes dispositivos.

Para desempeñar este tipo de trabajo, de enorme dificultad como podrás imaginar, fue necesario el desarrollo de herramientas específicas que posibilitaron tanto la visualización como la manipulación de objetos a escala nanométrica, son los microscopios de sonda de barrido (SPMs), con los que es posible no sólo ver, sino también mover átomos sobre una superficie.

El progreso de la nanociencia y la nanotecnología y el empleo de este tipo de instrumentación avanzada ha dado lugar a una de las características más importantes de esta ciencia: su multidisciplinariedad. Al ir reduciendo la escala, los átomos y moléculas se convierten en los “ladrillos” básicos de los objetos que estudian físicos, químicos, biólogos e ingenieros que han de trabajar juntos y utilizar un lenguaje común. Un ejemplo de esta multidisciplinariedad sería la fabricación de un biosensor donde un biólogo ha de tener conocimientos de física cuántica, y un físico de biología para que este tipo de dispositivos se diseñe con éxito.

Ensamblar molécula a molécula o partícula a partícula para desarrollar toda la tecnología que demandemos puede llegar a hacernos pensar que se trata de algo casi irrealizable, sin embargo, esto es lo que ha venido realizando sobre la Tierra la biología en los últimos 4000 millones de años, ya que partiendo de moléculas simples formó estructuras de enorme complejidad mediante mecanismos de enlazado, auto-ensamblado y reconocimiento. Cualquier organismo vivo es, sin duda, un claro ejemplo de construcción “bottom-up”, puesto que, comenzando con ciertas moléculas orgánicas y una secuencia genética se han llegado a crear sistemas muy complejos tanto funcional como estructuralmente. Como consecuencia, la nanotecnología puede aprender de estos procesos para imitarlos y adaptarlos, incluso a otro tipo de problemas muy distintos de la biología.

El desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología, de acuerdo a expertos, se producirá en tres etapas. En la primera de ellas, entre el año 2000 y el 2020, donde las industrias seguirán empleando, mayoritariamente, las técnicas de producción convencional ("top-down"), fabricando dispositivos cada vez más pequeños. La segunda, entre el 2010 y 2030, comenzará a extenderse el método “bottom-up”, el cual se convertirá en el esquema líder de fabricación durante el resto del siglo XXI. Pero esto no significa que nuestros procedimientos actuales vayan a desaparecer por completo, la utilización de un sistema u otro dependerá de las materias primas, la mano de obra, los costes medioambientales y sociales y, por supuesto, de la rentabilidad económica.

La nanotecnología cuenta ya con un peso económico propio, que alcanzó en el mercado mundial los 50.000 millones de dólares en 2006, y se estima que llegue al billón de dólares en este 2015. Por tanto, este mercado beneficiará a las empresas de aquellos países que estén realizando fuertes inversiones a medio-largo plazo en este nuevo campo.

Fuentes: Fundación española para la ciencia y la tecnología (FECYT). Nanociencia y nanotecnología. Entre la ciencia ficción del presente 
              y la tecnología del futuro, 2009.
              http://researcher.watson.ibm.com/researcher/view_group_subpage.php?id=4252
              http://www3.nd.edu/~kamatlab/facilities_physchar.html