Este documento describe la nanotecnología, que implica la manipulación de la materia a escala nanométrica entre 1 y 100 nanómetros. Explica que la nanotecnología se refiere tanto a la investigación actual como a conceptos más avanzados de control atómico preciso. También describe brevemente la historia de la nanotecnología y algunos conceptos clave como los nanomateriales y los efectos que ocurren a escala nanométrica.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
AREA CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA
DEPARTAMENTO DE TRABAJO COMUNITARIO
TRABAJO COMUNITARIO I
NANOTECNOLOGIA

2. La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica. La más temprana
y difundida descripción de la nanotecnología12 se refiere a la meta tecnológica particular de
manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a
microescala, ahora también referida como nanotecnología molecular. Subsecuentemente
una descripción más generalizada de la nanotecnología fue establecida por la Iniciativa
Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología como la manipulación de la
materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1 a 100 nanómetros. Esta
definición refleja el hecho de que los efectos de la mecánica cuántica son importantes a esta
escala del dominio cuántico y, así, la definición cambió desde una meta tecnológica particular
a una categoría de investigación incluyendo todos los tipos de investigación y tecnologías
que tienen que ver con las propiedades especiales de la materia que ocurren bajo cierto
umbral de tamaño. Es común el uso de la forma plural de "nanotecnologías" así como
"tecnologías de nanoescala" para referirse al amplio rango de investigaciones y aplicaciones
cuyo tema en común es su tamaño. Debido a la variedad de potenciales aplicaciones
(incluyendo aplicaciones industriales y militares), los gobiernos han invertido miles de
millones de dólares en investigación de la nanotecnología. A través de su Iniciativa
Nanotecnológica Nacional, Estados Unidos ha invertido 3.700 millones de dólares. La Unión
Europea ha invertido[cita requerida] 1.200 millones y Japón 750 millones de dólares.3
La nanotecnología definida por el tamaño es naturalmente un campo muy amplio, que
incluye diferentes disciplinas de la ciencia tan diversas como la ciencia de superficies, química
orgánica, biología molecular, física de los semiconductores, microfabricación, etc.4 Las
investigaciones y aplicaciones asociadas son igualmente diversas, yendo desde extensiones
de la física de los dispositivos a nuevas aproximaciones completamente nuevas basadas en
el autoensamblaje molecular, desde el desarrollo de nuevos materiales con dimensiones en
la nanoescalas al control directo de la materia a escala atómica.
Actualmente los científicos están debatiendo el futuro de las implicaciones de la
nanotecnología. La nanotecnología puede ser capaz de crear nuevos materiales y dispositivos
con un vasto alcance de aplicaciones, tales como en la medicina, electrónica, biomateriales y
la producción de energía. Por otra parte, la nanotecnología hace surgir las mismas
preocupaciones que cualquier nueva tecnología, incluyendo preocupaciones acerca de
la toxicidad y el impacto ambiental de los nanomateriales,5 y sus potenciales efectos en la
economía global, así como especulaciones acerca de varios escenarios apocalípticos. Estas
preocupaciones han llevado al debate entre varios grupos de defensa y gobiernos sobre si se
requieren regulaciones especiales para la nanotecnología
Diferencia entre nanotecnología y nanociencia

3. La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y
aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a
nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.
Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades
totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear
materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas. No
obstante, la nanociencia es una disciplina dedicada al estudio de los fenómenos físicos,
químicos y biológicos que ocurren a escala nanométrica. Actualmente existen muchos
instrumentos y dispositivos de dimensiones y precisión nanométricas que facilitan este
proceso.
Historia
Artículo principal: Historia de la nanotecnología
El ganador del premio Nobel de Física de 1965, Richard Feynman, fue el primero en hacer
referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología en un discurso que dio
en el Caltech (Instituto Tecnológico de California) el 29 de diciembre de 1959, titulado En el
fondo hay espacio de sobra (There's Plenty of Room at the Bottom), en el que describe la
posibilidad de la síntesis vía la manipulación directa de los átomos. El término
"nanotecnología" fue usado por primera vez por Norio Taniguchi en el año 1974, aunque
esto no es ampliamente conocido.
Comparaciones de los tamaños de los nanomateriales.
Inspirado en los conceptos de Feynman, en forma independiente K. Eric Drexler usó el
término "nanotecnología" en su libro del año 1986 Motores de la Creación: La Llegada de la
Era de la Nanotecnología (en inglés: Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology),
en el que propuso la idea de un "ensamblador" a nanoescala que sería capaz de construir
una copia de sí mismo y de otros elementos de complejidad arbitraria con un nivel de control
atómico. También en el año 1986, Drexler co-fundó The Foresight Institute (en castellano: El
Instituto de Estudios Prospectivos), con el cual ya no tiene relación, para ayudar a aumentar
la conciencia y comprensión pública de los conceptos de la nanotecnología y sus
implicaciones.
Así, el surgimiento de la nanotecnología como un campo en la década de 1980 ocurrió por la
convergencia del trabajo teórico y público de Drexler, quien desarrolló y popularizó un marco
conceptual para la nanotecnología, y los avances experimentales de alta visibilidad que
atrajeron atención adicional a amplia escala a los prospectos del control atómico de la
materia.

4. Por ejemplo, la invención del microscopio de efecto túnel en el año 1981 proporcionó una
visualización sin precedentes de los átomos y enlaces individuales, y fue usado exitosamente
para manipular átomos individuales en el año 1989. Los desarrolladores
del microscopio Gerd Binnig y Heinrich Rohrer del IBM Zurich Research Laboratory (en
castellano: Laboratorio de Investigación Zúrich IBM) recibieron un Premio Nobel en Física en
el año 1986.67 Binnig, Quate y Gerber también inventaron el microscopio de fuerza
atómica análogo ese año.
Los fullerenos fueron descubiertos en el año 1985 por Harry Kroto, Richard Smalley y Robert
Curl, quienes en conjunto ganaron el Premio Nobel de Química del año 1996.89 Inicialmente
el C60 no fue descrito como nanotecnología; el término fue utilizado en relación con el trabajo
posterior con los tubos de grafeno relacionados (llamados nanotubos de carbono y algunas
veces también tubos bucky) lo que sugería aplicaciones potenciales para dispositivos y
electrónica de nano escala.
A principios de la década de 2000, el campo cosechó un incrementado interés científico,
político y comercial que llevó tanto a la controversia como al progreso. Las controversias
surgieron en relación a las definiciones y potenciales implicaciones de las nanotecnologías,
ejemplificado por el informe de la Royal Society acerca de la nanotecnología.10 Los desafíos
surgieron de la factibilidad de las aplicaciones imaginadas por los proponentes de la
nanotecnología molecular, que culminó en un debate público entre Drexler y Smalley en el
año 2001 y el año 2003.11
Mientras tanto, la comercialización de los productos basados en los avances de las
tecnologías a nanoescala comenzaron a surgir. Estos productos están limitados a
aplicaciones a granel de los nanomateriales y no involucran el control atómico de la materia.
Algunos ejemplos incluyen a la plataforma Nano Silver que utiliza nanopartículas de
plata como un agente antibacterial, los protectores solares transparentes basados
en nanopartículas y de los nanotubos de carbono para telas resistentes a las manchas.1213
Los gobiernos se movieron a la promoción y el financiamiento de la investigación en
nanotecnología, comenzando por Estados Unidos con su Iniciativa Nanotecnológica
Nacional, que formalizó la definición de la nanotecnología basada en el tamaño y que creó
un fondo de financiamiento para la investigación de la nanoescala.
Para mediados de la década del 2000 nueva y sería atención científica comenzó a florecer.
Proyectos emergieron para producir una hoja de ruta para la nanotecnología1415 que se
centraba en la manipulación atómica precisa de la materia y que discute las capacidades,
metas y aplicaciones existentes y proyectadas.
Otras personas de esta área fueron Rosalind Franklin, James Dewey Watson y Francis
Crick quienes propusieron que el ADN era la molécula principal que jugaba un papel clave en

5. la regulación de todos los procesos del organismo, revelando la importancia de las moléculas
como determinantes en los procesos de la vida.
Pero estos conocimientos fueron más allá, ya que con esto se pudo modificar la estructura
de las moléculas, como es el caso de los polímeros o plásticos que hoy en día encontramos
en nuestros hogares. Pero hay que decir que a este tipo de moléculas se les puede considerar
“grandes”.
Hoy en día la medicina tiene más interés en la investigación en el mundo microscópico, ya
que en él se encuentran posiblemente las alteraciones estructurales que provocan las
enfermedades, y no hay que decir de las ramas de la medicina que han salido más
beneficiadas como es la microbiología, inmunología, fisiología; han surgido también nuevas
ciencias como la Ingeniería Genética, que ha generado polémicas sobre las repercusiones de
procesos como la clonación o la eugenesia.
El desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología en América Latina es relativamente
reciente, en comparación a lo que ha ocurrido a nivel global. Países como México, Costa
Rica, Argentina, Venezuela, Colombia, Brasil y Chile contribuyen a nivel mundial con trabajos
de investigación en distintas áreas de la nanociencia y la nanotecnología.16 Además, algunos
de estos países cuentan también con programas educativos a nivel licenciatura, maestría,
posgrado y especialización en el área.
Conceptos fundamentales
La nanotecnología es la ingeniería de sistemas funcionales a escala molecular. Esto cubre
tanto el actual trabajo como conceptos que son más avanzados. En su sentido original, la
nanotecnología se refiere a la habilidad proyectada para construir elementos desde lo más
pequeño a lo más grande, usando técnicas y herramientas, que actualmente están siendo
desarrolladas, para construir productos completos de alto desempeño.
Un nanómetro (nm) es la mil millonésima parte, o 10−9, de un metro. Por comparación, los
típicos largos de enlaces carbono-carbono, o el espacio entre estos átomos en una molécula,
están alrededor de los 0,12–0,15 nm y la doble hélice de un ADN tiene un diámetro de
alrededor de 2 nm. Por otra parte, la forma de vida celular más pequeña, la bacteria del
género Mycoplasma, tienen alrededor de 200 nm de largo. Por convención, la
nanotecnología es medida en el rango de escala de entre 1 a 100 nm de acuerdo a la
definición usada por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional en Estados Unidos. El límite
inferior está dado por el tamaño de los átomos (el hidrógeno tiene los átomos más pequeños,
que tienen un diámetro aproximado de un cuarto de nm) dado que la nanotecnología debe
fabricar sus dispositivos a partir de átomos y moléculas. El límite superior es más o menos
arbitrario pero se encuentra alrededor del tamaño en que fenómenos que no pueden ser
observados en estructuras más grandes comienzan a ser aparentes y pueden ser usados en

6. el nanodispositivo.17 Estos nuevos fenómenos hacen que la nanotecnología sea distinta de
los dispositivos que son meramente versiones miniaturizadas de un
dispositivo macroscópico equivalente; tales dispositivos se encuentran a una escala más
grande y caen bajo la descripción de microtecnología.18
Para poner la escala en otro contexto, el tamaño comparativo de un nanómetro a un metro
es lo mismo que el de una roca al tamaño de la Tierra.19 Otra forma de ponerlo: un
nanómetro es la cantidad en que la barba de un hombre promedio crece en el tiempo al que
a este le toma levantar la afeitadora a su cara.19
Se usan dos aproximaciones a la nanotecnología. En la aproximación "desde el fondo hacia
arriba", los materiales y dispositivos son construidos a partir de componentes moleculares
que se ensamblan por sí mismos químicamente por los principios del reconocimiento
molecular. En la aproximación "desde arriba hacia abajo", los nano-objetos son construidos
a partir de entidades más grandes con un control a nivel atómico.20
Áreas de la física tales como la nanoelectrónica, la nanomecánica, nanofotónica y
la nanoiónica han evolucionado durante estás últimas pocas décadas para proporcionar un
fundamento científico básico a la nanotecnología.
De lo más grande a lo más pequeño: una perspectiva desde los materiales
Artículo principal: Nanomateriales
Varios fenómenos se vuelven pronunciados a medida de que el tamaño del sistema
disminuye. Estos incluyen efectos mecánicos estadísticos, así como efectos mecánicos
cuánticos, por ejemplo el “efecto del tamaño del Cuanto” donde las propiedades
electrónicas de los sólidos son alteradas con grandes reducciones en el tamaño de la
partícula. Este efecto no se ponen en juego al ir desde las dimensiones macro a las
dimensiones micro. Sin embargo, los efectos cuánticos pueden convertirse en significantes
cuando el tamaño del nanómetro es alcanzado, normalmente en distancias de 100
nanómetros o menos, el así llamado dominio cuántico. Adicionalmente, una variedad de
propiedades físicas (mecánicas, eléctricas, ópticas, etc.) cambian cuando se les compara con
los sistemas macroscópicos. Un ejemplo es el aumento en la proporción del área superficial
al volumen alterando las propiedades mecánicas, termales y catalíticas de los materiales. La
difusión y reacciones a nivel de nano escala, los materiales de las nanoestructuras y de los
nanodispositivos con rápido transporte de iones generalmente son conocidas como
nanoiónicas. Las propiedades mecánicas de los nanosistemas son de interés en la
investigación de la nanomecánica. La actividad catalítica de los nanomateriales también
abren potenciales riesgos en su interacción con los biomateriales.

7. Los materiales reducidos a la nanoescala pueden mostrar propiedades diferentes cuando se
les compara con las que ellos exhiben a macroescala, permitiendo aplicaciones únicas. Por
ejemplo, las substancias opacas pueden convertirse en transparentes (cobre); materiales
estables pueden convertirse en combustible (aluminio); materiales insolubles pueden
convertirse en solubles (oro). Un material tal como el oro, que es químicamente inerte a
escala normales, puede servir como un potente catalizador químico a nanoescalas. La mayor
parte de la fascinación con la nanotecnología surge de estos fenómenos cuánticos y de
superficie que la materia exhibe a nanoescala.21
De lo simple a lo complejo: una perspectiva molecular
Artículo principal: Autoensamblaje molecular
La química sintética moderna ha alcanzado el punto donde es posible preparar pequeñas
moléculas para casi cualquier estructura. Estos métodos son usado hoy en día para fabricar
una amplia variedad de químicos útiles tales como farmacéuticos o polímeros comerciales.
Esta habilidad hace surgir la pregunta de extender esta clase de control al siguiente nivel más
grande, buscando métodos para ensamblar estas moléculas únicas en estructuras o
ensamblajes supramoleculares consistentes de muchas moléculas dispuestas en una forma
bien definida.
Estas aproximaciones utilizan los conceptos de auto-ensamblaje molecular y/o química
supramolecular para disponer en forma automática sus propias estructuras en algún
ordenamiento útil a través de una aproximación desde el fondo hacia arriba. El concepto de
reconocimiento molecular es especialmente importante: las moléculas pueden ser
diseñadas de tal forma que una configuración u ordenamiento específico sea favorecida
debido a las fuerzas intermoleculares no covalentes. Las reglas de emparejamiento de
bases de Watson-Crick son un resultado directo de esto, así como la especificidad de
una enzima siendo apuntada a un único sustrato o el plegamiento de la proteína en sí misma.
Así, dos o más componentes pueden ser diseñado para complementariedad y atracción
mutua de tal forma que construyan un todo más complejo y útil.
La aproximaciones desde el fondo hacia arriba debería ser capaces de producir dispositivos
en paralelo y ser mucho más baratas que los métodos desde arriba hacia abajo, pero
potencialmente podrían ser sobrepasadas a medida de que el tamaño y la complejidad del
ensamblaje deseado aumente. Las estructuras más exitosas requieren arreglos de átomos
complejos y termodinámicamente poco probables. Sin embargo, existen muchos ejemplos
de autoensamblaje basados en el reconocimiento molecular en la biología, uno de los más
notables es el pareo de base de Watson-Crick y las interacciones enzima-substrato. El desafío
para la nanotecnología es descubrir si estos principios pueden ser usados para lograr nuevas
construcciones adicionales a las naturales ya existentes.

8. Nanotecnología molecular: una visión de largo plazo
Artículo principal: Nanotecnología molecular
La nanotecnología molecular, algunas veces llamada fabricación molecular, describe
nanosistemas manufacturados (máquinas a nanoescala) operando a escala molecular. La
nanotecnología molecular está asociada especialmente con el ensamblador molecular, una
máquina que puede producir una estructura o dispositivo deseado átomo por átomo usando
los principios de la mecanosíntesis. La fabricación en el contexto de los nanosistemas
productivos no está relacionado con, y debería ser claramente distinguido de, las tecnologías
convencionales usadas para la fabricación de nanomateriales tales como nanotubos y
nanopartículas de carbono.
Cuando el término "nanotecnología" fue acuñado en forma independiente y popularizado
por Eric Drexler (quien en ese momento no sabía de un uso anterior realizado por Norio
Taniguchi) para referirse a una tecnología futura de fabricación basado en sistemas
de máquina moleculares. La premisa era que las analogías biológicas a escala molecular de
los componentes de máquinas tradicionales demostraban que las máquinas moleculares
eran posibles: existen incontables ejemplos en la biología, se sabe que sofisticadas máquinas
biológicas optimizadas estocásticamente pueden ser producidas.
Se espera que los desarrollos en la nanotecnología harán posible su construcción por algún
otro medio, quizás usando principios de biomimesis. Sin embargo, Drexler y otros
investigadores22 han propuesto que una nanotecnología avanzada, aunque quizás
inicialmente implementada por medios biomiméticos, finalmente podría estar basada en los
principios de la ingeniería mecánica, es decir, una tecnología de fabricación basada en la
funcionalidad mecánica de estos componentes (tales como engranajes, rodamientos,
motores y miembros estructurales) que permitirían un ensamblaje programable y posicional
a una especificación atómica.23 La física y el desempeño ingenieril de diseños de ejemplo
fueron analizados en el libro de Drexler llamado Nanosistemas.
En general es muy difícil ensamblar dispositivos a escala atómica, ya que uno tiene que
posicionar átomos sobre otros átomos de grosor y tamaño comparables. Otra visión,
expresada por Carlo Montemagno,24 es que los futuros nanosistemas serán híbridos de la
tecnología del sílice y de máquinas moleculares biológicas. Richard Smalley argumenta que
la mecanosíntesis es imposible debido a las dificultades en la manipulación mecánica de
moléculas individuales.
Esto llevó a un intercambio de cartas entre la publicación Chemical & Engineering News de
la ACS en el año 2003.25 Aunque la biología claramente demuestra que los sistemas de
máquinas moleculares son posibles, las máquinas moleculares no biológicas actualmente
están solo en su infancia. Los líderes en la investigación de las máquinas moleculares no

9. biológicas son Alex Zettl y su colegas que trabajan en el Lawrence Berkeley National
Laboratory y en la UC Berkeley. Ellos han construido al menos tres dispositivos moleculares
distintos cuyos movimientos son controlados desde el escritorio cambiando el voltaje:
un nanomotor de nanotubos, un actuador,26 y un oscilador de relajación
nanoelectromecánico.27 Ver nanomotor de nanotubo de carbono para más ejemplos.
Un experimento que indica que un ensamblaje molecular posicional es posible fue
desarrollado por Ho y Lee en la Universidad Cornell en el año 1999. Ellos usaron
un microscopio de efecto túnel para mover una molécula de monóxido de carbono (CO) hacia
un átomo individual de hierro (Fe) ubicado en un cristal plano de plata, y enlazar
químicamente el CO con el Fe aplicando un voltaje.
Investigación actual
Nanomateriales
El campo de los nanomateriales incluye los subcampos que desarrollan o estudian los
materiales que tienen propiedades únicas que surgen de sus dimensiones a nanoescala.30
 La ciencia de Interfaz y coloide ha identificado muchos materiales que pueden ser útiles
en la nanotecnología, tales como los nanotubos de carbono y otros fullerenos, y varias
nanopartículas y nanoroides. Los nanomateriales con rápido transporte
de iones también están relacionados con la nanoiónica y a la nanoelectrónica.
 Los materiales a nanoescala también puede ser usados para aplicaciones en volumen; la
mayoría de las aplicaciones comerciales actuales de la nanotecnología son de este tipo.
 Se ha realizado progreso en la utilización de estos materiales para aplicaciones médicas,
ver nanomedicina.
 Los materiales a nanoescala tales como los nanopilares algunas veces son usados en
las celdas solares para bajar los costos de las celdas solares de silicio tradicionales.
 El desarrollo de aplicaciones que incorporan nanopartículas semiconductoras que serán
usadas en la siguiente generación de productos, tales como tecnología de pantallas,
iluminación, celdas solares e imágenes biológicas; ver punto cuántico.
Acercamientos desde abajo hacia arriba
Estos buscan disponer los componentes más pequeños en estructuras más complejas.
 La nanotecnología de ADN utiliza la especificidad del pareo de base de Watson-Crick para
construir estructuras bien definidas a partir del ADN y otros ácidos nucleicos.

10.  Se aproxima desde el campo de la síntesis química "clásica"
(síntesis inorgánica y orgánica) y también su objetivo es el diseño de moléculas con una
forma bien definida (por ejemplo bis-péptidos31).
 Más generalmente, el autoensamblaje molecular busca usar los conceptos de química
supramolecular y el reconocimiento molecular en particular, para causar que
componentes uni-moleculares se dispongan automáticamente por sí mismos en alguna
conformación útil.
Acercamientos desde arriba hacia abajo
Estos buscan crear dispositivos más pequeños usando unos más grandes para controlar su
ensamblaje.
 Muchas tecnologías que trazan su origen a los métodos de estado sólido de silicio para
fabricar microprocesadores ahora son capaces de crear características más pequeñas
que 100 nm, lo cae en la definición de nanotecnología. Discos duros basados en
la magnetorresistencia gigante ya en el mercado caen dentro de esta descripción,32 así
como las técnicas de deposición de capas atómicas (en inglés: Atomic Layer Deposition,
ALD). Peter Grünberg y Albert Fert recibieron un Premio Nobel en Física en el año 2007
por su descubrimiento de la magnetorresistencia gigante y sus contribuciones al campo
de la espintrónica.33
 Las técnicas de estado sólido también pueden ser usadas para crear dispositivos
conocidos como sistemas nanoelectromecánicos (en inglés: Nanoelectromechanical
Systems, NEMS), que están relacionados a los sistemas microelectromecánicos (en
inglés: Microelectromechanical Systems, MEMS).
 Haces iónicos concentrados pueden ser controlados para eliminar o depositar material
cuando gases precursores adecuados son aplicados al mismo tiempo. Por ejemplo, esta
técnica es usada rutinariamente para crear secciones de material sub-100 nm para el
análisis mediante microscopios electrónicos de transmisión.
 Las puntas de los microscopios de fuerza atómica pueden ser usadas como una "cabeza
de escritura" a nanoescala para depositar un químico sobre una superficie en un patrón
deseado en un proceso conocido como nanolitografía dip-pen, que luego es seguida por
un proceso de aguafuerte para eliminar el material en un método arriba-abajo. Esta
técnica cae en el subcampo más grande de la nanolitografía.
Acercamientos funcionales
Estas buscan desarrollar componentes de una funcionalidad deseada sin importar como
podrían ser ensambladas.

11.  La electrónica de escala molecular busca desarrollar moléculas con propiedades
electrónicas útiles. Estas podrían entonces ser usadas como componentes de molécula
única en un dispositivo nanoelectrónico.34 Para un ejemplo ver el rotaxano.
 Los métodos químicos sintéticos también pueden ser usados para crear motores
moleculares sintéticos, tal como el conocido como nanoauto.
Acercamientos biomiméticos
 La biónica o biomimesis buscan aplicar los métodos y sistemas biológicos encontrados
en la naturaleza, para estudiar y diseñar sistemas de ingeniería y tecnología moderna.
La biomineralización es un ejemplo de los sistemas estudiados.
 La bionanotecnología es el uso de las biomoléculas para aplicaciones en nanotecnología,
incluyendo el uso de virus y ensamblajes de lípidos.3536 La nanocelulosa es una potencial
aplicación a escala masiva.
Especulativos
Estos subcampos buscan anticipar lo que las invenciones nanotecnológicas podrían alcanzar
o intentan proponer una agenda que ordene un camino por el cual la investigación pueda
progresar. A menudo estos toman una visión de una gran escala de la nanotecnología, con
más énfasis en sus implicancias sociales que en los detalles de como tales invenciones
podrían realmente ser creadas.
 La nanotecnología molecular es propuesta como un acercamiento que involucra la
manipulación de una sola molécula de una forma finamente controlado y determinista.
Esto es más teórico que otros subcampos, y muchas de las técnicas propuestas están
más allá de las capacidades actuales.
 La nanorrobótica se centra en máquinas autosuficientes con alguna funcionalidad
operando a nanoescala. Existen esperanzas depoder aplicar los nanorobots en
medicina,373839 aunque previamente deberán superarse las desventajas de tales
dispositivos.40 Sin embargo, se ha demostrado progreso en materiales y metodologías
innovadores con algunas patentes otorgadas para nuevos dispositivos nanofabricadores
para futuras aplicaciones comerciales, que también ayudan progresivamente al
desarrollo de nanorobots con algún uso de conceptos de nanobioelectrónica
embebida.4142
 Los nanosistemas productivos son "sistemas de nanosistemas" que serán complejos
nanosistemas que producen partes atómicamente precisas para otros nanosistemas, no
necesariamente utilizando nuevas propiedades nanoescalares emergentes, sino los bien
comprendidos fundamentos de la fabricación macroscópica. Debido a la naturaleza
discreta (a nivel atómico) de la materia y la posibilidad del crecimiento exponencial, esta
etapa es vista como la base de otra revolución industrial. Mihail Roco, uno de los

12. arquitectos de la Iniciativa Nanotecnológica Nacional de Estados Unidos, ha propuesto
cuatro estados de la nanotecnología que parecen ser un paralelo del progreso técnico
de la Revolución Industrial, progresando desde nanoestructuras pasivas a
nanodispositivos activos a complejas nanomáquinas y finalmente a nanosistemas
productivos.43
 La materia programable busca diseñar materiales cuyas propiedades puedan ser
fácilmente, reversiblemente y externamente controlados. Está pensada como una fusión
entre la ciencia de la información y la ciencia de los materiales.
 Debido a la popularidad y exposición mediática del término nanotecnología, las
palabras picotecnología y femtotecnología han sido acuñados en forma análoga, aunque
estos son raramente utilizados y solo de manera informal.
Herramientas y técnicas
Existen varios importantes desarrollos modernos. El microscopio de fuerza atómica (en
inglés: Atomic Force Microscope, AFM) y el microscopio de efecto túnel (en inglés: Scanning
Tunneling Microscope, STM) son versiones tempranas de las sondas de barrido que lanzaron
la nanotecnología. Existen otros tipos de microscopio de sonda de barrido. Aunque
conceptualmente similares a los microscopios confocales de barrido desarrollados
por Marvin Minsky en el año 1961 y al microscopio acústico de barrido (en inglés: Scanning
Acoustic Microscope, SAM) desarrollado por Calvin Quate y asociados en la década de 1970,
los microscopios de sonda de barrido más nuevos tienen una mucho más alta resolución,
dado que ellos no están limitados por la longitud de onda del sonido o la luz.
La punta de una sonda de barrido también puede ser usada para manipular nanoestructuras
(un proceso conocido como ensamblaje posicional). La metodología de barrido orientado a
la característica sugerida por Rostislav Lapshin parece ser una forma prometedora de
implementar estas nanomanipulaciones en modo automático.4445 Sin embargo, esto es aún
un proceso lento debido a la baja velocidad de barrido del microscopio.
Varias técnicas de nanolitografía tales como la litografía óptica, la nanolitografía dip-pen
de litografía de rayos X, la litografía de haz de electrones o litografía de
nanoimpresión también fueron desarrolladas. La litografía es una técnica de fabricación
desde arriba hacia abajo donde el material en bruto es reducido en tamaño hasta lograr un
patrón a nanoescala.
Otro grupo de técnicas nanotecnológicas incluyen a aquellas usadas para la fabricación
de nanotubos y nanoalambres, aquellas usadas en la fabricación de semiconductores tales
como la litografía ultravioleta profunda, la litografía de haz de electrones, maquinado de haz
de iones enfocado, la litografía de nanoimpresión, la deposición de capa

13. atómica y deposición molecular de vapor , y además incluyendo las técnicas de
autoensamblaje molecular tales como aquellas que emplean copolímeros di-bloque. Los
precursores de estas técnicas son anteriores a la era de la nanotecnología, y son extensiones
en el desarrollo de los avances científicos más que técnicas que fueron ideadas únicamente
con el propósito de crear nanotecnología y que fueron el resultado de la investigación
nanotecnológica.
El acercamiento de arriba hacia bajo anticipa nanodispositivos que deben ser construidos
pieza por pieza en etapas, de la misma forma que son fabricados el resto de las cosas. La
microscopia de sonda de barrido es una importante técnica tanto para la caracterización
como para la síntesis de nanomateriales. Los microscopios de fuerza atómica y los
microscopios de efecto túnel de barrido pueden ser usados para examinar las superficies y
para mover los átomos en ellas. Al diseñar diferentes puntas para estos microscopios, ellos
pueden ser usados para tallar estructuras en la superficies y para ayudar a guiar las
estructuras autoensambladas. Al utilizar, por ejemplo, el acercamiento de barrido orientado
a las características, los átomos o moléculas pueden ser movidos en la superficie con las
técnicas del microscopio de sonda de barrido.4445 Actualmente, es caro y demoroso para ser
utilizados en la producción en masa pero son muy adecuadas para la experimentación en un
laboratorio.
En contraste, las técnicas de abajo hacia arriba construyen o hace crecer estructuras más
grandes átomo por átomo o molécula por molécula. Estas técnicas incluyen síntesis
química, autoensamblaje y ensamblaje posicional. La interferometría de polarización dual es
una herramienta adecuada para la caracterización de películas delgadas autoensambladas.
Otra variación del acercamiento desde abajo hacia arriba es la crecimiento epitaxial por
haces moleculares (en inglés: Molecular Beam Epitaxy, MBE). Los investigadores de los Bell
Telephone Laboratories tales como John R. Arthur, Alfred Y. Cho y Art C. Gossard
desarrollaron e implementaron el MBE como una herramienta de investigación hacia finales
de la década de 1960 y la década de 1970. Las muestras hechas por el MBE fueron claves
para el descubrimiento del efecto Hall cuántico fraccionario por el cual el premio Nobel en
Física del año 1998 fue otorgado. El MBE permite a los científicos disponer capas precisas
atómicamente, y en el proceso, construir complejas estructuras. Importante para la
investigaciones en semiconductores, la MBE también es usada ampliamente para hacer
muestras y dispositivos para el recientemente emergente campo de la espintrónica.
Sin embargo, nuevos productos terapéuticos, basados en nanomateriales sensibles, tales
como las vesículas ultradeformables y sensibles a la tensión Transfersome, que están en
desarrollo y se encuentran aprobadas para uso humano en algunos países.

14. Desarrollo tecnológico para poder acceder a la nanotecnología
Uno de los instrumentos clave en la micro y nano ciencia son los microscopios de barrido con
sonda. Consisten básicamente en una plataforma y una sonda que efectúa un barrido o
escaneado de la muestra.
El barrido puede hacerse moviendo ya sea la sonda o la plataforma, mediante actuadores de
gran precisión. Los actuadores son un factor clave de esta tecnología.
La sonda puede elevarse o bajarse, con lo que se tiene un sistema con tres ejes coordenados,
por una parte un plano x-y de barrido y por otra parte una altura z, con lo cual se puede
estudiar el relieve o la topografía de las microestructuras.
No solo se mide la geometría de la muestra sino que según el tipo de sonda usada se pueden
medir también propiedades químicas, térmicas, eléctricas o mecánicas, con lo cual se abre
una ventana muy amplia de información, que permite estudiar las propiedades de los
nanomateriales.
Inversión
Algunos países en vías de desarrollo ya destinan importantes recursos a la investigación en
nanotecnología. La nanomedicina es una de las áreas que más puede contribuir al avance
sostenible del Tercer Mundo, proporcionando nuevos métodos de diagnóstico y cribaje de
enfermedades, mejores sistemas para la administración de fármacos y herramientas para la
monitorización de algunos parámetros biológicos.
Alrededor de cuarenta laboratorios en todo el mundo canalizan grandes cantidades de
dinero para la investigación en nanotecnología. Unas trescientas empresas tienen el
término “nano” en su nombre, aunque todavía hay muy pocos productos en el
mercado.[cita requerida]
Algunos gigantes del mundo informático como IBM, Hewlett-Packard ('HP)' NEC e Intel están
invirtiendo millones de dólares al año en el tema. Los gobiernos del llamado Primer Mundo
también se han tomado el tema muy en serio, con el claro liderazgo del gobierno
estadounidense, que dedica cientos de millones de dólares a su National Nanotechnology
Initiative.
En España, los científicos hablan de “nanopresupuestos”. Pero el interés crece, ya que ha
habido algunos congresos sobre el tema: en Sevilla, en la Fundación San Telmo, sobre
oportunidades de inversión, y en Madrid, con una reunión entre responsables de centros de
nanotecnología de Francia, Alemania y Reino Unido en la Universidad Autónoma de Madrid.
Las industrias tradicionales podrán beneficiarse de la nanotecnología para mejorar su
competitividad en sectores habituales, como textil, alimentación, calzado, automoción,

15. construcción y salud. Lo que se pretende es que las empresas pertenecientes a sectores
tradicionales incorporen y apliquen la nanotecnología en sus procesos con el fin de contribuir
a la sostenibilidad del empleo. Actualmente la cifra en uso cotidiano es del 0.2 %.
Ensamblaje interdisciplinario
La característica fundamental de nanotecnología es que constituye un ensamblaje
interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que están altamente
especializados. Por tanto, los físicos juegan un importante rol no solo en la construcción del
microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de
la mecánica cuántica. Alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de
ciertos átomos hacen jugar a la química un papel importante. En medicina, el desarrollo
específico dirigido a nanopartículas promete ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades.
Aquí, la ciencia ha alcanzado un punto en el que las fronteras que separan las diferentes
disciplinas han empezado a diluirse, y es precisamente por esa razón por la que la
nanotecnología también se refiere a ser una tecnología convergente.
Una posible lista de ciencias involucradas sería la siguiente:
 Química (Moleculares y computacional)
 Bioquímica
 Biología molecular
 Física
 Electrónica
 Informática
 Matemáticas
 Medicina
 Nanoingenieria
Nanotecnología avanzada
La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término
dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando
a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de
átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos
dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los átomos del grafito (compuesto por carbono,
principalmente) de la mina del lápiz podemos hacer diamantes (carbono puro cristalizado).
Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos
algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.

16. A partir de los incontables ejemplos encontrados en la biología se sabe que miles de millones
de años de retroalimentación evolucionada puede producir máquinas biológicas sofisticadas
y estocásticamente optimizadas. Se tiene la esperanza que los desarrollos en nanotecnología
harán posible su construcción a través de algunos significados más cortos, quizás usando
principios biomiméticos. Sin embargo, K. Eric Drexler y otros investigadores han propuesto
que la nanotecnología avanzada, aunque quizá inicialmente implementada a través de
principios miméticos, finalmente podría estar basada en los principios de la ingeniería
mecánica.
Determinar un conjunto de caminos a seguir para el desarrollo de la nanotecnología
molecular es un objetivo para el proyecto sobre el mapa de la tecnología liderado
por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios nacionales de EE.UU.) y
del Foresigth Institute. Ese mapa debería estar completado a finales de 2006.
Futuras aplicaciones
Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá,
las quince aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:46
 Almacenamiento, producción y conversión de energía.
 Armamento y sistemas de defensa.
 Producción agrícola.
 Tratamiento y remediación de aguas.
 Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
 Sistemas de administración de fármacos.
 Procesamiento de alimentos.
 Resolución de la contaminación atmosférica.
 Construcción.
 Monitorización de la salud.
 Detección y control de plagas.
 Control de desnutrición en lugares pobres.
 Informática.
 Alimentos transgénicos.
 Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).
 Energías renovables: Actualmente, la demanda es cubierta principalmente por centrales
que emplean energías no renovables (combustibles fósiles, materiales radioactivos). No
obstante, el aumento del empleo en energías renovables es cada vez mayor haciendo
que las infraestructuras actuales resulten insuficientes y caras, por lo que se hace
necesaria la introducción de la nanotecnología en este ámbito. Se cree que en un futuro

17. esta podría llegar a cambiar las matrices energéticas existentes. Una de las soluciones
que se expone es la sustitución de las baterías del talón de Aquiles, cuya capacidad de
almacenamiento es insuficiente, por baterías de flujo. Este tipo de baterías estarían
basadas en la utilización de líquidos que contienen una red de partículas fluctuantes a
nanoescala y podrían llegar a ser mucho más baratas.
Aplicaciones actuales
Textil. Desarrollo de tejidos inteligentes: capaces de repeler manchas, ser autolimpiables,
anti olores o poseer nanochips para cambiar de color y temperatura.
Agricultura. Diseño de productos para mejorar plaguicidas, herbicidas y fertilizantes. La
principal finalidad es el mejoramiento de suelos. Además, podemos incluir en esta categoría
los nano sensores para la detección de agua, nitrógeno, agroquímicos, etc.
Cosmética. Desarrollo de cremas antiarrugas o cremas solares con nanopartículas.
Ganadería. Desarrollo de nanopartículas con el fin de administrar vacunas o fármacos para
los animales, así como nanosensores destinados a detectar microorganismos, enfermedades
y sustancias tóxicas.
Alimentos. Dispositivos (nanosensores y nanochips) que funcionen principalmente como
nariz y lengua electrónica, es decir, para analizar aspectos relacionados con el olfato y el
gusto. Son utilizados también para detectar la frescura y vida útil de un alimento, patógenos,
aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas, contaminantes… por otro lado, otro aspecto
muy desarrollado es la creación de nanoenvases, como se explicará en el siguiente apartado.
Estos poseen propiedades funcionales, nutritivas, saludables y organoeléctricas
(descripciones de las características físicas que tiene la materia según las pueden percibir los
sentidos, como sabor, textura, olor, color o temperatura).
Nanotecnología aplicada al envasado de alimentos[editar]
La conservación de los alimentos es una idea que viene desde los inicios de la historia
humana. A partir de la edad prehistórica, la necesidad de mejorar la preservación del
alimento mediante diferentes técnicas ha sido un característica del comportamiento
humano. Fermentación, salinización, secado al sol, rostización, curado, irradiación,
carbonación y la adición de preservantes químicos y físicos, se han desarrollado desde el
inicio de la humanidad. Todos estos métodos tienen la misma idea central. Evidencia
arqueológica soporta la idea que las técnicas de preservación fueron desarrolladas en las
civilizaciones Greca, Romana y Egipcia. Sin embargo, los diversos métodos presentan el
desafío de mantener las condiciones originales por periodos de tiempo prolongados.
Los métodos de envasado de alimentos tienen como objetivo asegurar la calidad de los
alimentos para que permanezcan con sus propiedades de manera intacta. Los principales

18. envases tienen como objetivo entregar protección física con el propósito de prevenir la
contaminación de los alimentos con otros alimentos o con microorganismos. Los materiales
de envasado están confeccionados preferentemente de materiales biodegradables, con el
propósito de reducir la contaminación medioambiental. Esta idea se ha llevado a cabo gracias
a la introducción de la nanotecnología.
Una de las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de envases para alimentación es
la aplicación de materiales aditivados con nanoarcillas, que mejoren las propiedades
mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los materiales de envasado. En el
caso de mejora de la barrera a los gases, las nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la
difusión de las moléculas gaseosas, lo cual permite conseguir una barrera similar con
espesores inferiores, reduciendo así los costos asociados a los materiales.
Los procesos de incorporación de las nanopartículas se pueden realizar mediante extrusión
o por recubrimiento, y los parámetros a controlar en el proceso de aditivación de los
materiales son: la dispersión nanopartículas, la interacción de las nanopartículas con la
matriz, las agregaciones que puedan tener lugar entre las nanopartículas y la cantidad de
nanopartículas incorporada.
Los nanosensores ayudan a detectar cualquier cambio en el color de los alimentos y ayuda a
la detección de gases dentro del producto. Estos sensores son usualmente sensibles a gases
como el hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, óxido de nitrógeno, dióxido de sulfuro y amonio.
Los nanosensores son dispositivos que procesan datos capaces de detectar cambios a nivel
de luz, calor, humedad, gases y señales del tipo eléctricas y químicas.47
Las nanoemulsiones son utilizadas para producir alimentos para aderezo de ensaladas,
aceites saborizantes, endulzantes y otros- Ayudan en la liberación de diferentes sabores con
la estimulación que tienen relación con calor, pH, ondas de ultrasonidos. etc. Las
nanoemulsiones pueden retener los sabores eficientemente y prevenir la oxidación y las
reacciones enzimáticas. Las nanoemulsiones son creadas principalmente a través del
compromiso de alta energía con homogeneización de alta presión, métodos de ultrasonido,
chorros coaxiales líquidos de alta velocidad y métodos con dispositivos de alta velocidad. De
forma similar, los métodos de baja energía, compromete emulsificación de membranas,
emulsificación espontánea, desplazamiento de solventes, punto de inversión de emulsiones
y mediante puntos de inversión de fases. Las nanoemulsiones son creadas por dispersión de
la fase líquida en una fase acuosa continua. Los componentes que son utilizados para la
creación de nanoemulsiones son del tipo lipofílicos.47
Nanotecnología aplicada a la administración de fármacos
Dentro de las posibilidades de administración de fármacos, ha surgido la posibilidad de
utilizar la nanotecnología como un sistema de liberación del principio activo. En general los

19. vehículos utilizados para administrar un fármaco, deben ser de baja toxicidad, con
propiedades óptimas para el transporte y liberación y vida media larga. Ejemplos de
nanosistemas son: micelas, liposomas, dentrímeros, nanopartículas, nanotubos y
bioconjugados.48
Las nanopartículas son partículas sólidas coloidales con un tamaño de 1 nm a 1000 nm que
son utilizadas como agentes de administración de fármacos. Con esto se logra un aumento
en la velocidad de disolución y el límite de saturación de la solubilidad.49 Existe además un
tipo especial llamadas, nanopartículas lipídicas sólidas (SLN). Estas nanopartículas protegen
al principio activo contra la degradación química, además de generar una mayor flexibilidad
en la modulación de la liberación del fármaco.50
Los liposomas son moléculas amfifílicas, como los fosfolípidos, que forman vesículas de
membranas en bicapas que pueden llevar a vesículas. Los liposomas son estructuras esféricas
formadas por una o más capas que contienen en su interior una fase acuosa. Los liposomas
se han utilizado para mejorar el efecto terapéutico de fármacos muy potentes. Se considera
que este sistema de distribución reduce la toxicidad.51
Los bioconjugados o conjugados poliméricos actúan como transportadores y como
componentes biológicos (péptidos, proteínas, nucleótidos) que actúan como ligandos para
efectos terapéuticos específicos o dianas. Un ejemplo de bioconjugados con los productos
obtenidos de la adición de polietilenglicol (PEG) a fármacos o proteínas terapéuticas.52
Los dendrones o dendrímeros son nanomateriales que pueden incorporar bloques
poliméricos sintéticos o componentes naturales. Su estructura factorial jerárquica presenta
numerosos sitios de conjugación para cargos o motivos diana.52
Las nanopartículas inorgánicas son nanopartículas construidas a partir de materiales
inorgánicos. Los materiales más comunes son puntos cuánticos junto con oro, plata, óxido
de hierro o nanopartículas mesoporosas. Las propiedades características de cada material
son el tamaño, la carga, la química de la superficie y la estructura.52
Uno de los primeros fármacos en nanomedicina que mostró ser seguro para la FDA fue
obtenido por la encapsulaciones de doxorrubicina dentro de los liposomas. Esta
nanoformulación mejoró las características farmacocinéticas y de distribución de
doxorrubicina, lo que lleva a la prolongación de la vida media y generar un proceso de
acumulación en el tejido tumoral.53
En los últimos años se han desarrollado dispositivos implantables de distribución de
fármacos. La principal función de esta nueva tecnología es la administración controlada de
fármaco durante varias semanas a meses, de acuerdo las necesidades terapéuticas de un
paciente individual. Terapias a largo plazo pueden ayudar a mejorar el cumplimiento y la
adherencia de los pacientes a los tratamientos farmacológico. Los dispositivos implantables

20. utilizan una estrategia on demand de los agentes terapéuticos y algunas tecnologías
ayudarían a controlar la liberación de manera remota, mediante radiofrecuencia, energía de
ultrasonido y de campos magnéticos, se podrían activar y controlar las administraciones. A
pesar del gran número de estudios reportados acerca de los dispositivos médico auto-
regulados y de los esfuerzos tecnológicos, no se ha logrado probar los beneficios de este tipo
de tecnologías.
Nanotecnología aplicada a la terapia del cáncer
Uno de los aspectos más desafiantes en las terapias que existen contra el cáncer, es la
especificidad de los tratamientos. Esto podría conducir a reducir los efectos tóxicos que se
generan luego de administrar las terapias anticancerígenas. Además de esta posibilidad,
podría mejorarse la solubilidad y biodisponibilidad de fármacos que son pobremente
solubles. Debido a estas necesidades, han surgido algunas investigaciones que utilizan
nanotransportadores (liposomas, micelas poliméricas y nanoparticulas poliméricas) para la
preparación de nuevas formulaciones que mejoran la biodisponibilidad de estos
tratamientos y mejoran la distribución del fármaco anticancerígeno en el sitio del tumor.
Dentro de los factores que se consideran del tipo fisicoquímicos, se encuentra el potencial Z,
el tamaño de partícula, la carga catiónica de la superficie y la solubilidad.54
Nanotecnología aplicada a la terapia del VIH/sida
Los de distribución de fármacos aplicados a distribución sistémica de fármacos antivirales
podría tener ventajas similares a los ejemplos exitosos en la terapia contra el cáncer. Los
sistemas de liberación controlada podría aumentar la vida media de los fármacos,
manteniendo concentraciones plasmáticas en niveles terapéuticos por periodos de tiempo
más prolongados que tengan finalmente impactos en la eficacia de la terapia farmacológica.
Adicionalmente se podría obtener un mejor perfil de seguridad que lleve una mejor
adherencia de los pacientes. De manera específica, la distribución dirigida de fármacos
antivirales frente a células CD4+ y macrófagos, tanto como la distribución a órganos de difícil
acceso como el cerebro, que podrían asegurar la mantención de las concentraciones a través
de la generación de reservas latentes. De forma conjunta a la mejora de la terapia
farmacológica, ha nacido la idea de lograr realizar terapia génica a través de la
nanotecnología. Al parecer es una promisoria la terapia génica, en la cual un gen es insertado
dentro de una célula para llevar a un interferencia de los procesos de infección o replicación.
Existe evidencia que indica que el silenciamiento de genes podría ser una potencial
herramienta para atacar los genes de interés. Se ha descrito también que podría ser posible
generar vacunas que sean eficaces y seguras en contra del VIH/sida. Es posible utilizar
antígenos encapsulados en su centro desde los cuales las células presentadoras de antígenos
pueden procesar, presentar y cross-presentar antígenos a las células CD4+ y CD8+,
respectivamente, o absorber antígenos en su superficie, permitiendo a las células B generar

21. una respuesta humoral. Por otro lado, la inmunoterapia para VIH/sida basada en agentes
virales y administración de células dendríticas autólogas generadas ex-vivo.55
Nanotecnología aplicada a la terapia del Alzheimer
Los métodos de tratamientos mediante nanotecnología han resultado con interesantes
resultados en la terapia de la enfermedad de Alzheimer. Los fármacos usualmente
disponibles para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, incluyen fármacos que son
inhibidores de la enzima acetilcolinesterasa, que poseen una pobre solubilidad y baja
biodisponibilidad. Adicionalmente, estos fármacos poseen una incapacidad de atravesar la
barrera hemato-encefálica, por lo que el mejoramiento en la distribución de estos fármacos
en el sitio de acción, es desafiante a nivel de tecnológico. Las nanotecnologías incluidas son
las nanopartículas poliméricas, las nanopartículas sólido - lípido, transportadores de
nanoestructuras lipidas, microemulsión, nanoemulsión y cristales líquidos. Las características
fisicoquímicas especiales de los fármacos disponibles para el tratamiento del Alzheimer
llevan a falla terapéutica en muchos casos. Estas limitaciones se han superado, en parte,
debido al desarrollo de la administración intranasal, lo cual favorece una alternativa no
invasiva de la distribución del fármaco a nivel del sistema nervioso central, a través del paso
por la barrera hemato-encefálica.
Nanotecnología del ADN
Las aplicaciones de la nanotecnología en la biología celular tienen como foco desafiante la
molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN). Se han desarrollado elementos estructurales
con una cierta lógica molecular para llevar a cabo acciones terapéuticas en un determinado
tipo celular o tejido, llevando a una mayor especificidad y disminuyendo los efectos
indeseables de las terapia convencionales. Además las nanoestructuras de ADN pueden ser
utilizadas como una unión programable de fármacos, ligandos diana y otras modificaciones
o sistemas como bicapas lipídicas. Por otro lado, se han desarrollado sondas de imagen con
buena sensibilidad y especificidad, que se consideran mecanismos de amplificación basados
en ADN y que pueden ser programados para interactuar específicamente con las secuencias
de ácido ribonucleico (ARN) a nivel intraceular. Otra aplicación es la generación de
estructuras de ADN que entregan un control preciso a la organización espacial intraceular,
proporcionando una base para desarrollar sistemas de cuantificación a nivel subcelular.56 Las
nanoestructuras de ADN como vehículos de liberación de fármacos se ha desarrollado de
manera importante en los últimos años. Para tal efecto, los oligodesoxinucleotidos CpG
(ODNs) pueden disparar una respuesta inmune innata activando los receptores tipo Toll del
tipo TLR9. Dichos ODNs se han convertido en un interesante cargo terapéutico debido a que
puede ser integrado directamente dentro de la nanoestructura del ADN a través de
hibridación. Se han desarrollado moléculas de ADN en forma de Y con motivos CpG que

22. pueden desencadenar una respuesta inmune aumentando la eficiencia de captación de
macrófagos. Otros hallazgos han llevado a la creación de complejos de vacunas sintéticas por
ensamblaje de nanoestructuras de ADN tetraedricas (TDNs) que fueron modificadas con
estreptavidina y ODNs CpG. En ese caso la estreptavidina sirve como un antígeno modelo
que lleva a que el constructo genere anticuerpos IgG anti-estreptavidina.56
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26. NANOMEDICINA
La nanomedicina es la aplicación de la nanotecnología en el campo de la medicina,
incluyendo de igual modo la futura aplicación de la nanotecnología molecular, y es empleada
para mejorar la calidad de vida de los seres humanos, combatiendo las enfermedades de una
forma innovadora.1 Los problemas actuales para la nanomedicina involucra la comprensión
de las consecuencias de la toxicidad y el impacto ambiental de materiales a nanoescala.
Un nanómetro (nm) es una millonésima de un milímetro (10^-9 m). En teoría, con la
nanotecnología se podrían construir pequeños nano-robots, nanobots que serían un ejército
a nivel nanométrico en nuestro cuerpo, programados para realizar casi cualquier actividad.2
El término nanomedicina se originó con las concepciones de la visión de Eric Drexler acerca
de robots nanomecánicos y sus aplicaciones potenciales en medicina. Dicho término ha sido
definido de distintas maneras en la literatura, algunos de estos conceptos lo suficientemente
amplios como para incluir todas las área de la nanotecnología médica, sin embargo la
mayoría se enfocados en el control y manipulación de procesos a nivel celular en la
nanoescala, aplicado al diagnóstico y tratamiento.
Las sociedades están constantemente buscando la manera de mejorar la salud, en cuanto a
costos, cobertura, efectividad, respuesta ante enfermedades emergentes, y cambios
demográficos. La nanotecnología ha sido examinada de manera crítica para determinar la
manera en que las nuevas capacidades que representa puedan ser aplicadas para las
necesidades médicas actuales. Debido a que la nanotecnología hereda su enfoque a
determinadas enfermedades derivadas de investigaciones médicas actuales, su principal
objetivo ha sido hacia enfermedades no infecciosas e.g. cáncer, y enfermedades
degenerativas.3
Algunos desarrollos en la biomedicina a nivel nanoscópico tienen el potencial de crear nuevas
generaciones de implantes médicos que estén diseñados para interactuar con el cuerpo, que
monitoreen la composición química de las sangre y, si es necesario, liberen ciertos
medicamentos.4 Actualmente se están desarrollando huesos, cartílagos y pieles artificiales
que además de no ser rechazados por el organismo, buscan ayudar a algunas partes del
cuerpo humano a regenerase. Existen además nuevos sistemas
para diagnóstico, imagenología y regeneración; de esta manera se pretende que se mitiguen
los efectos secundarios de los actuales sistemas y/o procedimientos.
Nanomateriales Aplicados a Medicina

27. La nanotecnología emplea materiales de ingeniería o dispositivos que interactúan con
sistemas biológicos a nivel molecular y pueden revolucionar el tratamiento de enfermedades
por medio de la estimulación, respuesta, e interacción con sitios específicos para inducir
respuestas fisiológicas mientras se minimizan los efectos secundarios.5 En la actualidad
existen aproximadamente cien productos nanotecnológicos aplicables en nanomedicina y
disponibles en el mercado. Son utilizados en terapias contra el cáncer, la hepatitis y las
enfermedades infecciosas; como anestésicos, para el tratamiento de problemas
cardiovasculares, en trastornos inflamatorios e inmunológicos; en patologías endocrinas , en
enfermedades degenerativas y en muchos otros casos..[1]
Liposomas y Micelas
Los liposomas son el tipo de nanopartículas con un uso más amplio en aplicaciones médicas.
Estas partículas consisten en dos principales componentes: un núcleo acuoso rodeado por
una membrana fosfolípida. El núcleo acuoso provee un comportamiento interno en el que
puede ser transportada alguna carga. La membrana fosfolípida provee un recubrimiento que
aísla los compuestos en el compartimento interior de los agentes que puedan degradarlos.
Este tipo de sistemas ya están en uso en pruebas con humanos. Por ejemplo, liposomas que
contienen doxorubicina han sido aprobados por la FDA para tratamiento de cáncer de ovario
y múltiples mielomas.6 Se ha comprobado también que los liposomas magnéticos catiónicos
poliméricos presentan gran estabilidad y circulación prolongada media vida más que los
liposomas tradicionales, permitiendo el transporte de fármacos al cerebro.7
Las micelas tienen similitudes con los liposomas ya que proveen también un ambiente
cerrado que permite el secuestro de cargas que se otra manera estarían expuestas a distintos
ambientes fisiológicos que llevarían a la degradación. Las micelas tienen una forma esférica
con un núcleo hidrofóbico y una cubierta hidrofílica, esta cubierta permite que las micelas
pasen a través de distintas membranas.6 La modificación superficial (recubrimientos)
facilitan el transporte y facilidad de acceso de las micelas a sitios específicos del cuerpo como
puede ser el cerebro.89
Nanotubos
Los nanotubos son moléculas generalmente de un solo elemento formando un cilindro
hueco; estas estructuras tienen un amplio rango de propiedades eléctricas, elásticas y
térmicas.6 Los nanotubos de carbono son los más utilizados, descubiertos en 1991 por Sumio
Iijima, son estructuras compuestas por hojas de grafeno enrolladas en una forma cilíndrica.
Pueden tener unas o varias capas. Tienen un diámetro de uno o varios nanómetros y pueden
ser tan largos como un milímetro.410

28. Sus características son alta resistencia, elasticidad, baja toxicidad y fotoluminiscencia,
además de un comportamiento que va desde la semiconductividad a
la superconductividad.11
Nanopartículas de oro
Véanse también: Terapia fototérmica, Nanopartículas magnéticas y Nanotoxicología.
Las nanopartículas de oro están compuestas de clusters de átomos de oro preparados a
partir de la reducción de sales de oro. Debido a los cambio de su resonancia
de plasmon superficial, las nanopartículas de oro se pueden utilizar para
ensayos colorimétricos. Por medio del control de la agregación de nanopartículas de oro se
han podido detectar matrices de biomoléculas.6
Puntos Cuánticos
Los puntos cuánticos son nanopartículas (nanocristales) semiconductores que cuando se
exponen a la luz, emiten claramente colores diferentes dependiendo de su tamaño.12 Tienen
un amplio espectro de excitación, espectros de emisión estrechos, picos de emisión de
fluorescencia sintonizables, tiempos de vida largos, y la habilidad de conjugarse a proteínas,
lo que los convierte en sondas ideales para bio-imagenología.13 Los puntos cuánticos
bioconjugados son muy buenas sondas y nano-vectores fluorescentes, por lo que son
diseñados como dispositivos (o parte de ellos) de imagenología.14 Su pequeño tamaño
posibilita su introducción en células, e incluso el seguimiento de moléculas individuales.15
Transporte de Fármacos
Los nanomateriales son llevados como estructuras específicas o como una combinación de
estructuras, diseñadas para entregar terapéuticos intactos, a sitios específicos, con una
mínima dosis y reduciendo los efectos secundarios. Estos materiales utilizan estructuras
moleculares muy específicas que les permiten interactuar con neuronas o proteínas dentro
de las células.16
El uso de nanopartículas permite atravesar membranas citoplásmicas y nucleares para
introducir material químico, biológico o genético en células determinadas.1 Apuntar a un tipo
de célula involucra agregar dispositivos de reconocimiento de funciones a la partícula para
que le sea posible entrar a las células seleccioandas.
Los sistemas nanoestructurados para el transporte de fármacos tienen muchas ventajas,
entre ellas:
1. Control de farmacinética: Las nanopartículas de pueden sintonizar variando su
tamaño y propiedades superficiales a fin de tener una largos o cortos tiempos de
residencia en el cuerpo y tejidos.

29. 2. Separación de la farmacocinética de la actividad terapéutica: Con nanopartículas, las
moléculas activas con medicamento pueden sellarse y abrirse en el sitio específico
de manera que la farmacocinética y la biodistribución puede ser controlada
independientemente del tipo de terapéuticos utilizados.
3. Capacidad de carga: Una nanopartícula puede guardar un gran número de moléculas
de medicamento o siRNA para ser transportadas a una célula.
4. Efectos de afinidad múltiple: Una sola nanopartícula puede ser construida para
contener múltiples ligandos que permitan uniones multivalentes a membranas
celulares.
5. Combinación de efectos terapéuticos: Distintas intervenciones de imagenología y
tratamiento se pueden llevar a cabo de manera simultánea y controlada con un solo
tipo de nanopartícula.
6. Efecto caballo de Troya: Las nanopartículas pueden cargar distintos medicamentos y
llevarlos a través de barreras biológicas.17
Liberación Controlada
La nanomedicina es una posible solución para el desarrollo de nuevos sistemas de liberación
controlada de fármacos. La idea consiste en utilizar nanoestructuras que transporten el
fármaco hasta la zona dañada y, solamente cuando han reconocido esta zona, lo liberen
como respuesta a un cierto estímulo. Para ello es necesaria la previa encapsulación o
desactivación de los fármacos para que no actúen durante su tránsito por el cuerpo, de forma
que mantengan intactas sus propiedades físico-químicas y que se minimicen los posibles
efectos secundarios en otras zonas del cuerpo. Una vez que el fármaco ha llegado a su
destino, debe liberarse a una velocidad apropiada para que sea efectivo, lo cual se puede
hacer mediante una variación de ciertas condiciones (pH o temperatura) en la zona dañada,
o mediante el control preciso de la velocidad de degradación del material encapsulante.18
Cáncer
Nanopartículas magnéticas o ferrofluidos pueden ser utilizados para el transporte de
fármacos controlado magnéticamente. Este tecnología está basada en unir determinados
medicamentos anticancerígenos con ferrofluidos que concentran dicho medicamento en un
area de interés (tumor) por medio de campos magnéticos. Separaciones de partículas
magnéticas puede ser utilizada para separar las células cancerígenas de la médula ósea y
otros tejidos.17
Debido a las características fisiológicas que presentan los tumores sólidos, la nanomedicina
ofrece la posibilidad de atacar al cáncer de forma más inteligente, esto gracias a la
acumulación selectiva de nanopartículas terapéuticas en el tumor. Existen dos posibilidades

30. que permiten la acumulación selectiva en tumores: la acumulación pasiva y la acumulación
activa.19
La acumulación pasiva de nanopartículas en tumores se fundamenta en el efecto de
permeabilidad y retención aumentada (efecto EPR, Enhanced permeability and retention
effect). Este fenómeno fue descrito por Maeda y colaboradores.20
El efecto EPR se presenta debido a la angiogénesis incrementada, la mayor permeabilidad
vascular y el drenaje linfático deficiente de los tumores. La permeabilidad vascular
incrementada es inducida por varios factores tales como bradquinina, óxido nítrico, el factor
de crecimiento endotelial vascular, prostaglandinas, colagenasa y peroxinitrito (ONOO-). La
producción exacerbada de estos factores aumenta la permeabilidad del tejido tumoral en
comparación con tejidos sanos. Los tumores sólidos requieren un mayor suministro de
nutrientes y oxígeno para sostener su rápido crecimiento por lo que desarrollan un mayor
número de vasos sanguíneos (angiogénesis aumentada). La formación de estos vasos
sanguíneos tumorales ocurre de forma descontrolada y, por lo tanto, presentan una
arquitectura deficiente del endotelio vascular, con grandes espacios entre las uniones célula-
célula, originando la hiperpermeabilidad.
El efecto EPR ofrece la oportunidad de dirigir y acumular nanopartículas acarreadoras de
fármacos de forma selectiva. El tamaño y la carga electrostática superficial de las
nanopartículas juegan un papel fundamental en la acumulación pasiva en el tumor.
Nanopartículas hidrofílicas con tamaños menores a 200 nm tienden a presentar un mejor
acumulación por efecto EPR , esto debido al mayor tiempo de residencia de las
nanopartículas en el torrente sanguíneo.21
Por otra parte, la acumulación activa, es decir la internalización específica de nanopartículas
terapéuticas en células tumorales, se logra mediante su funcionalización con “moléculas
guía”. Las moléculas guía presentan una gran afinidad por las proteínas de superficie
(receptores, marcadores, etc) sobreexpresadas por las células tumorales. Cuando las
nanopartículas funcionalizadas con mloléculas guía llegan al sitio del tumor, se unen
firmemente a la membrana celular y pueden llegar a ser internalizadas mediante procesos
de endocitosis. Una vez dentro de la célula, las nanopartículas pueden liberar el fármaco o
ejercer su actividad terapéutica (i. e. fototermia o magnetotermia). Al tener un nivel de
expresión menor de marcadores, las células sanas no presentan una interacción tan fuerte
con las nanopartículas, en comparación con las células cancerosas.22
Enfermedades Neurodegenerativas
El transporte de fármacos al cerebro es un reto para el tratamiento de enfermedades
neurodegenerativas. Una de las restricciones más significantes para una terapia efectiva es
la presencia de la barrera hematoencefálica que protege al cerebro de agentes de

31. diagnóstico o terapéuticos, al tiempo que lo protege de sustancias tóxicas.18 Los sistemas
nanoestructurados para el transporte de fármacos ofrecen una solución prometedora para
mejorar la absorción de medicamentos específicos al cerebro. Varios nanoacarreadores
incluyendo liposomas y nanopartículas pueden ser utilizados como medios para encapsular
medicamentos ya sea solos o en combinación con ligandos. Además la mayoría de los
materiales utilizados en la fabricación de nanoacarreadores son tanto biodegradables como
biocompatibles, incrementando de este modo la utilidad clínica.23
Regeneración
Véase también: Medicina regenerativa
Aunque los nanomateriales no son algo muy nuevo, los nanomateriales fabricados
sintéticamente con propiedades físicas y químicas únicas se están volviendo muy atractivos
para usos en diferentes aplicaciones tecnológicas dentro de las que se encuentran los
biomateriales. Esto con el objetivo de regenerar, reemplazar o reparar tejido dañado. La
nanotecnología ha abierto nuevas habilidades para la ciencia de materiales estructuras en la
nanoescala controlando la composición y arquitectura, correspondiendo a matrices celulares
en los tejidos.24
Los nanomateriales pueden mejorar el desempeño y la durabilidad de electrodos utilizados
para interfasear prótesis neurales, con una superior biocompatibilidad y resistencia en la
construcción de recubrimientos y depósitos. La medicina regenerativa asistida por
nanotecnología promete un camino para el desarrollo de terapias a un costo efectivo para la
regeneración de tejidos in situ, guía para crecimiento de tejidos, y detención o reversión de
procesos cerebrales. La nanotecnología provee de las herramientas para iniciar y controlar
los procesos regenerativos con la fabricación de scaffolds, moléculas para la transmisión de
señales, y células madre.24
Regeneración Nerviosa
Además de encapsular células y tejidos, las nanoestructuras se utilizan para guiar y estimular
el crecimiento celular sirviendo como andamios para el crecimiento de nuevos tejidos
nerviosos. La nanotecnología es ahora capaz de fabricar estructuras más finas y detalladas
para utilizar en la funcionalización de sensores y crecimiento celular a partir de moldes.
Actualmente las guías de crecimiento neural se están llevando a pruebas clínicas, donde los
experimentos consisten en la reparación y regeneración de nervios incluyendo la médula
espinal.24
Regeneración Cerebral
Se ha encontrado que los nanomateriales son buenas plataformas para radicales libres que
pueden proteger el cerebro de muerte celular (inmediata o secundaria) causada por

32. superóxidos, óxido nítrico y otros radicales libres asociados con isquemia, infarto cerebral, o
daños al cerebro o la médula espinal.6 Los fullerenos, por ejemplo, han sido funcionalizados
para servir como catalizadores efectivos para la destrucción de radicales libres en tejido
cerebral dañado.25 Scaffolds nanoestructurados están diseñados para guiar y regular el
crecimiento de tejidos y así permitir el transporte de nutrientes, metabolitos, y moléculas de
señalización. El objetivo es imitar el ambiente del cerebro para promover la regeneración de
tejido.26
Diagnóstico
El objetivo del nanodiagnóstico es la identificación de enfermedades en sus estados iniciales
a nivel celular o molecular, e idealmente, a nivel de una sola célula, mediante la utilización
de nanodispositivos y sistemas de contraste. Una identificación temprana permitiría una
rápida capacidad de respuesta y la inmediata aplicación del tratamiento adecuado,
ofreciendo así mayores posibilidades de curación.
Las principales áreas de trabajo en este campo son los nanosistemas de imagen y los
nanobiosensores, dispositivos capaces de detectar en tiempo real y con una alta sensibilidad
y selectividad agentes químicos y biológicos sin necesidad de marcadores fluorescentes o
radioactivos.18
Imagenología
Los sistemas nanoparticulados pueden servir como agentes de imagenología para la
detección de distintas enfermedades. Los más comunes van desde óxido de
hierro, perfluorocarbono, óxido de cerio o nanopartículas de platino, hasta puntos
cuánticos.27 Este tipo de sistemas son de gran utilidad para el diagnóstico, por ejemplo,
de tumores por medio de resonancia magnética nuclear.28
Otras Aplicaciones
Los nanobots serán protagonistas en los procesos de distribución selectiva de fármacos en
el organismo de la nanomecidina y podrían producirse con la función de reestructurar
o reparar tejidos músculosos u óseos. Las fracturas podrían ser cosa del pasado,
los nanobots podrían programarse para identificar fisuras en los huesos y arreglar estos de
dos formas; realizando algún proceso para acelerar la recuperación del hueso roto o
fundiéndose con el hueso roto o inclusive las dos.29 Tal vez deban transcurrir décadas hasta
que esta tecnología este disponible.Y así con infinidad de enfermedades de varios tipos
disolviendo sustancias muy diversas en la sangre o en la zona a tratar específicamente,
inyectando pequeñas cantidades de antibióticos o antisépticos en caso
de resfriados o inflamaciones, etc.[2]

33. Actualmente, las nanopartículas de plata se están usando
como desinfectantes y antisépticos, en productos farmacéuticos y quirúrgicos, en ropa
interior, guantes, medias y zapatos deportivos, en productos para bebés, productos
de higiene personal, cubiertos, refrigeradores, lavadoras de ropa y todo tipo de materiales
implantables.30 Un problema derivado de estas aplicaciones es su impacto ambiental, ya que
en 2005, un estudio encontró que la plata en nanopartículas es 45 veces más tóxica que la
corriente y además, en 2008, otro estudio indicó que pueden pasar nanopartículas sintéticas
a los desagües, con fuerte toxicidad para la vida acuática, eliminando también bacterias
benignas en los sistemas de drenaje.31
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36. NANO-ROBÓTICA
La nanorrobótica es el campo de las tecnologías emergentes que crea máquinas
o robots cuyos componentes están o son cercanos a escala nanométrica (10−9 metros)123. De
una forma más específica, la nanorrobótica se refiere a la ingeniería nanotecnológica del
diseño y construcción de nanorrobots, teniendo estos dispositivos un tamaño de alrededor
de 0,1 a 10 micrómetros y están construidos con componentes de nanoescala o moleculares4
5. También han sido usada las denominaciones
de nanobots, nanoides, nanites, nanomáquinas o nanomites para describir a estos
dispositivos que actualmente se encuentran en fase de investigación y desarrollo67.
En su mayoría las nanomáquinas se encuentran en fase de investigación y desarrollo8, pero
ya se han probado algunas máquinas moleculares y nanomotores primitivos. Un ejemplo de
esto es un sensor que tiene un interruptor de aproximadamente 1,5 nanómetros de ancho,
capaz de contar moléculas específicas en una muestra química. Las primeras aplicaciones
útiles de las nanomáquinas podrían darse en la tecnología médica9, donde estos dispositivos
podrían usarse para identificar y destruir células cancerígenas1011. Otra aplicación potencial
es la detección de químicos tóxicos y la medición de sus concentraciones en el ambiente.
La Universidad Rice ha demostrado un auto de una sola molécula desarrollado mediante un
proceso químico y que incluye el uso de buckyballs como ruedas. Es conducido controlando
la temperatura ambiente y posicionando la punta de un microscopio de efecto túnel.
Otra definición dice que es un robot que permite interacciones precisas con objetos de
tamaño nanométrico, o puede manipular con resolución nanométrica. Tales dispositivos
están más relacionados con la microscopía o con microscopio de sonda de barrido, en vez
describir a los nanorobots como una máquina molecular. Siguiendo con la definición de
microscopía incluso con grandes aparatos como un microscopio de fuerza atómica que
pueden ser considerados como instrumentos nanorrobóticos cuando son configurados para
realizar nanomanipulaciones. Desde esta perspectiva, robots de macroescala o microrrobots
que se pueden mover con precisión nanométrica también puede ser considerado como
nanorrobots.
Teoría de la nanorrobótica
De acuerdo a Richard Feynman, fue su exestudiante graduado y colaborador Albert
Hibbs quien le sugirió originalmente cerca de 1959 la idea de un uso médico para las
micromáquinas teóricas de Feynman (ver nanotecnología). Hibbs sugirió que cierto tipo de
máquinas de reparación algún día podrían ser minituriarizadas al punto de que en teoría
podría ser como "tragarse al doctor", tal como lo dijo Feynman. La idea fue incorporada en

37. el ensayo de Feynman publicado en 1959 There's Plenty of Room at the Bottom12 (en
castellano: Hay mucho espacio al fondo).
Dado que los nanorrobots serían de tamaño microscópico, probablemente sería necesario
que trabajaran juntos una cantidad muy grande de dichos aparatos para poder llevar a cabo
tareas microscópicas y macroscópicas. Estos enjambres de nanorrobots, tanto aquellos
incapaces de autorreplicarse (como en una niebla útil) como aquellos capaces de
autorreplicarse sin restricciones en el ambiente natural (como en una plaga gris o más
recientemente en una nube de luciérnagas y adoptando formas humanas), aparecen en
muchas historias de ciencia ficción, tales como las nanosondas de los Borg en Star Trek, en
el episodio Una Nueva Raza de la serie de televisión The Outer Limits y en Revolution (serie
de televisión), donde aparecen primero como concentrados en cápsulas con fines curativos
(temporada 1) y luego como una masa omnisciente con planes propios y capacidad de
adoptar diferentes formas, entre ellas la humana (temporada 2).
Algunos partidarios de la nanorrobótica, en reacción a algunos escenarios de terror
relacionados con la plaga gris que inicialmente ellos mismos ayudaron a popularizar,
sostienen el punto de vista de que los nanorrobots que son capaces de replicarse fuera de
un ambiente restringido de una fábrica no necesariamente parten de una nanotecnología
con intenciones de producción, y que el proceso de autorreplicación, si alguna vez se pudiera
desarrollar, podría ser diseñado para ser inherentemente seguro. Estos aseguran que sus
planes actuales para desarrollar y usar la fabricación molecular no incluyen replicadores de
libre alimentación1314.
Las discusiones teóricas más detalladas acerca de nanorrobótica, que incluyen diseños
específicos en temas como sensores, transporte de comunicación, navegación,
manipulación, locomoción y computación integrada, han sido presentadas en el contexto
médico de la nanomedicina por Robert Freitas. Algunas de estas discusiones permanecen al
nivel de generalidades sin posibilidad de fabricarlas y no se aproximan al nivel de ingeniería
de detalle.
Enfoques
Biochip
Artículo principal: Biochip
El uso simultáneo de la nanoelectrónica, la fotolitografía y
nuevos biomateriales proporcionan una posible aproximación para fabricar nanorrobots
para aplicaciones médicas comunes, tales como para instrumentos quirúrgicos, diagnóstico
y dosificación de fármacos151617. Actualmente se utiliza este método para la fabricación de
nanotecnología en la industria electrónica18 . De esta forma, podrían integrarse nanorrobots

38. prácticos como dispositivos nanoelectrónicos, lo que permitiría dotar de teleoperación y
otras capacidades avanzadas a los instrumentos médicos1920.
Nubots
Artículo principal: Máquina ADN
Nubot es una abreviatura para "nucleic acid robot" (en castellano: Robot de Ácido Nucleico).
Los nubots son máquinas orgánicas moleculares de tamaño nanométrico21 . La estructura
del ADN puede proporcionar los medios para ensamblar dispositivos nanomecánicos bi- y
tridimensionales. Las máquinas basadas en ADN pueden ser activadas usando pequeñas
moléculas, proteínas y otras moléculas de ADN222324. Puertas de circuitos biológicas basadas
en materiales de ADN han sido fabricadas como máquinas moleculares que permiten insertar
fármacos in-vitro para problemas específicos de salud25. Tales sistemas basados en
materiales funcionarían más semejantes a sistemas biomateriales inteligentes de
dosificación de fármacos26, pero no permiten la teleoperación en vivo precisa de tales
sistemas prototipos.
Nanoensamblaje posicional
La colaboración de nanofábricas27 , fundada por Robert Freitas y Ralph Merkle en el año 2000
y que involucra a 23 investigadores pertenecientes a 10 organizaciones y 4 países, se enfoca
en desarrollar una agenda práctica de investigaciones28 específicamente dirigida al desarrollo
de la mecanosíntesis de diamantoides controlada posicionalmente, y una nanofábrica que
tendría la capacidad de fabricar nanorrobots médicos de estructura diamantoide.
Basado en bacterias
Este enfoque propone el uso de microorganismos biológicos, como la bacteria Escherichia
coli29. Así, este modelo usa un flagelo como método de propulsión, utilizándose
normalmente campos electromagnéticos para controlar el movimiento de esta clase de
dispositivos biológicos integrados30.
Tecnología Abierta
Se ha enviado a la Asamblea General de las Naciones Unidas un documento con una
propuesta31 para el desarrollo de nanobiotecnología usando enfoques de tecnología abierta.
De acuerdo a este documento, de la misma forma que el movimiento Open Source ha
acelerado el desarrollo, en años recientes, de los sistemas computacionales, un enfoque
similar debería beneficiar a la sociedad en su mayoría y acelerar el desarrollo de la
nanorrobótica. El uso de la nanobiotecnología debería ser declarado como patrimonio de la
humanidad para las siguientes generaciones, y ser desarrollada como una tecnología abierta
basada en prácticas éticas para propósitos pacíficos. Se ha declarado que la tecnología
abierta es una clave fundamental para tal propósito.

39. Carrera nanorrobótica
De la misma forma en que el desarrollo tecnológico tuvo a la carrera espacial y a la carrera
de armas nucleares, la nanotecnología está teniendo una carrera nanorrobótica3233343536.
Existen muchos motivos que permiten incluir los nanorrobots entre las tecnologías
emergentes37. Algunas de estas razones son: las grandes corporaciones, tales como General
Electric, Hewlett-Packard y Northrop Grumman, han estado trabajando recientemente en el
desarrollo y la investigación de nanorrobots3839; los cirujanos se están involucrando y
comenzado a proponer formas de usar nanorrobots para procedimientos médicos
comunes40; las universidades e institutos de investigación han recibido fondos de agencias
gubernamentales que superan los 2.000 millones de US$ para la investigación y desarrollo
de nanodispositivos médicos4142; los bancos también están realizando investigación
estratégica con la idea de adquirir con anticipación los derechos y licencias para la futura
comercialización de nanorrobots43. Ya han surgido litigios y temas relacionados con el
monopolio de la tecnología de nanorrobots444546. Recientemente se ha otorgado una gran
cantidad de patentes relacionadas con la nanorrobótica, principalmente a agentes de
patentes, a empresas especializadas únicamente en construir portafolios de patentes, y
a abogados. Después de una larga serie de patentes y demandas (ver por ejemplo
la invención de la radio o la guerra de las corrientes), los campos tecnológicos emergentes
tienden a convertirse en monopolios, normalmente dominados por grandes corporaciones47
.
Aplicaciones potenciales
Nanomedicina
Las aplicaciones potenciales para la nanorrobótica en medicina incluyen diagnósticos
preliminares y dosificación de fármacos para atacar el cáncer484950, instrumentación
biomédica51, cirugía5253, farmacocinética54, el monitoreo de la diabetes555657 y el cuidado de
la salud.
Se espera que la futura nanotecnología médica emplee nanorrobots inyectados en el
paciente para que funcionen a nivel celular. Los nanorrobots de uso médico deberían ser no
replicantes, ya que la replicación aumentaría de forma indeseable su complejidad e
interferiría con su misión médica.
La nanotecnología abarca un amplio rango de nuevas tecnologías para el desarrollo de
soluciones personalizadas que optimizan la administración de productos farmacéuticos.
Actualmente, los efectos colaterales dañinos de tratamientos tales como
la quimioterapia comúnmente son el resultado de métodos de administración de fármacos
que no tienen precisión a la hora de identificar las células blanco58. Investigadores en
la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts, sin embargo, han sido