Es muy probable que te haya llamado la atención el término nanomedicina y es posible que ésta sea la primera vez que te encuentres con él. Puesto que, la nanomedicina es definida como la aplicación de la nanotecnología al campo médico, comenzaré esta sección dándote una introducción a esta disciplina, te mostraré las características únicas que presentan las tecnologías y materiales en la nanoescala y veremos una clasificación de los materiales más comunmente empleados en nanomedicina.
En primer lugar, debemos conocer qué es un nanómetro. El prefijo “nano” procede del griego νάνος que significa “enano”, en la actualidad es empleado por el Sistema Internacional de Unidades indicando la milmillonésima parte o, lo que es lo mismo, un factor de 10-9, y un nanómetro (nm) sería, en consecuencia, la milmillonésima parte de un metro. De esta manera, podemos concluir que la nanociencia/nanotecnología será aquella ciencia/ingeniería que estudia y opera con la materia en unos parámetros situados entre 1 y 100 nanómetros.
La idea y concepto de nanotecnología surgió de una conferencia del Premio Nobel Richard Feynman en la universidad de UCLA en 1.967, en la que presentó por primera vez, la posibilidad de manipular los átomos y moléculas.
La era de la nanotecnología, sin embargo, no se inició realmente hasta 1.981 al desarrollarse el denominado microscopio de efecto túnel (en inglés: Scanning tunneling microscope STM) que posibilita la observación de átomos individuales. Mediante el ojo humano los cuerpos más pequeños que podemos llegar a contemplar tienen una magnitud de un milímetro (milésima parte de un metro), como por ejemplo, un grano de arena o el canto de una moneda, una vez nos situamos por debajo de esta medida comenzamos a tener dificultades para distinguir los objetos.
Si a continuación dividimos el milímetro en mil partes nos situamos en la escala del micrómetro (μm), donde ya nos encontramos en el dominio de las bacterias (5-20 μm) o las células sanguíneas (6-10 μm), los cuales, para poder examinarlos precisaremos de la ayuda del microscopio óptico.
Si proseguimos disminuyendo las dimensiones y volvemos a reducir el micrómetro en otras mil partes llegamos a nuestro objetivo: el nanómetro, como mencionaba anteriormente, la milmillonésima parte de un metro. En esta escala se sitúan los virus (30-50 nm) o el ADN (2 nm). Sin embargo, para ser capaz de observar los átomos deberíamos disminuir un orden de magnitud más nuestra escala ya que éstos presentan unas dimensiones comprendidas entre 0,1 - 0,3 nm.
La era de la nanotecnología, sin embargo, no se inició realmente hasta 1.981 al desarrollarse el denominado microscopio de efecto túnel (en inglés: Scanning tunneling microscope STM) que posibilita la observación de átomos individuales. Mediante el ojo humano los cuerpos más pequeños que podemos llegar a contemplar tienen una magnitud de un milímetro (milésima parte de un metro), como por ejemplo, un grano de arena o el canto de una moneda, una vez nos situamos por debajo de esta medida comenzamos a tener dificultades para distinguir los objetos.
Si a continuación dividimos el milímetro en mil partes nos situamos en la escala del micrómetro (μm), donde ya nos encontramos en el dominio de las bacterias (5-20 μm) o las células sanguíneas (6-10 μm), los cuales, para poder examinarlos precisaremos de la ayuda del microscopio óptico.
Si proseguimos disminuyendo las dimensiones y volvemos a reducir el micrómetro en otras mil partes llegamos a nuestro objetivo: el nanómetro, como mencionaba anteriormente, la milmillonésima parte de un metro. En esta escala se sitúan los virus (30-50 nm) o el ADN (2 nm). Sin embargo, para ser capaz de observar los átomos deberíamos disminuir un orden de magnitud más nuestra escala ya que éstos presentan unas dimensiones comprendidas entre 0,1 - 0,3 nm.
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Para hacerte una idea aproximada de lo que representa el tamaño real de un nanómetro, te daré un par de ejemplos de objetos de la vida diaria a esa escala; así, un pelo humano tendría un grosor de 50.000 - 100.000 nm y el grosor de una hoja de papel sería en torno a los 100.000 nm. Ahora, hagámoslo al revés, imagínate que te encogieses hasta un tamaño de 10nm, a esa escala un glóbulo rojo sería proporcionalmente como un estadio de fútbol, un pelo humano como la isla de Manhattan, el virus de la polio como una canasta de baloncesto y un átomo de hidrógeno como una pelota de ping-pong... ¿sorprendido/a?
En este momento, tal vez, te estés preguntando qué utilidad tiene el estudio a un nivel tan tremendamente pequeño, la respuesta la puedes hallar, por ejemplo, en tu teléfono móvil. La miniaturización ha convertido los antiguos móviles que debían ser transportados en maletines, en pequeños ordenadores con GPS, conexión a Internet, cámara fotográfica..., y que ahora pueden ser llevados junto a las llaves en tu bolsillo.
La nanotecnología ha logrado avances como las pantallas flexibles y en 3D, la proyección de hologramas, o dispositivos remotos de diagnóstico médico y de reconocimiento de la voz. La miniaturización a dimensión nanométrica ha permitido la disposición de millones de dispositivos electrónicos en un área de unos pocos milímetros.Relación área-volumen
Esta relación es un parámetro de importancia primordial en la nanotecnología y en la miniaturización. De manera general, este ratio área-volumen aumenta a medida que disminuye las dimensiones de un objeto y viceversa.
Como consecuencia, conforme el tamaño de un material decrece la mayor parte de sus átomos, en comparación con los que encontramos en su interior, se van a situar en la superficie del mismo.Si consideramos un cubo de sílice[1] con un tamaño de 10 nm, mediante una serie de cálculos hallamos que cuenta con unos 50.000 átomos, de los cuales 680 se encuentran en cada una de las seis caras del mismo, multiplicando por seis obtenemos un total de 4.080 átomos en toda la superficie del cubo. Dividiendo esta última cantidad por el global de 50.000 átomos resulta que, aproximadamente, el 10% de ellos están localizados en la superficie.
Si realizamos las mismas operaciones pero en esta ocasión con un cubo de 10 cm2 y un grosor de 1 μm obtenemos que tan sólo el 0.03% de los átomos se ubican en la superficie.
Por tanto, con estos resultados deducimos que los nanomateriales presentan un mayor ratio área superficial por unidad de volumen en comparación con los de tamaño macroscópico y ello conduce a una propiedad muy interesante de los materiales a escala nanométrica: van a ser mucho más reactivos desde el punto de vista químico al ser capaces de catalizar reacciones más fácilmente, ¿por qué?, porque las moléculas en la superficie del nanomaterial presentan un estado energéticamente más inestable y esta inestabilidad origina que sean más reactivos que aquellos que no se encuentran en la nanoescala.
Las aplicaciones de los nanomateriales, gracias a sus peculiares propiedades fisicoquímicas, son infinitas, ya que pueden participar en procesos biológicos al interaccionar con las macromoléculas biológicas (lípidos, proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos). También pueden interactuar con iones o con moléculas de agua en tratamientos de desalación e incluso pueden tener aplicaciones tan diversas como el aislamiento de prendas térmicas o la administración de fármacos, a este último punto le dedicaré un amplio espacio en futuras entradas.
En la nanotecnología se produce, por tanto, un cambio de paradigma, ya que lo que realmente importa no es tanto de qué están hechos los materiales, sino qué pequeños sean.
En la nanotecnología se produce, por tanto, un cambio de paradigma, ya que lo que realmente importa no es tanto de qué están hechos los materiales, sino qué pequeños sean.
[1] Compuesto de oxígeno y silicio que ordenado en una red tridimensional forma el cuarzo y sus variedades.
Fuentes: Introduction to Nanotechnology, Prof. Hossam Haick, Israel Institute of Technology.
Rice University. Nanotechnology: The basics.
http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/v11n3/castro.html
Rice University. Nanotechnology: The basics.
http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/v11n3/castro.html
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