Síntesis documental prospectiva
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ESTUDIOS DE CONSULTORÍA EN EL SECTOR NANOTECNOLÓGICO
SÍNTESIS DOCUMENTAL PROSPECTIVA
ESTUDIOS DE CONSULTORÍA EN EL SECTOR NANOTECNOLÓGICO
SÍNTESIS DOCUMENTAL PROSPECTIVA
Consorcio:
Observatorio Tecnológico (OTEC) del Departamento de Ingeniería Industrialde la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata (Argentina)
Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC)
Fundació Hospital Universitari Vall d’Hebron– Institut de Recerca (VHIR) (España)
El presente estudio se realizó entre octubre de 2012 y diciembre de 2013. Su contenido es responsabilidad de sus autores y no representa la posición u opinión del Ministerio de Ciencia,
Tecnología e Innovación Productiva.
CIUDAD AUTóNOMA DE BUENOS AIRES, MARZO DE 2016.
AUTORIDADES
■ Presidente de la Nación
Ing. Mauricio Macri
■ Ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva
Dr. Lino Barañao
■ Secretario de Planeamiento y Políticas en Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva
Dr. Miguel Ángel Blesa
■ Subsecretario de Estudios y Prospectiva
Lic. Jorge Robbio
■ Director Nacional de Estudios
Dr. Ing. Martín Villanueva
RECONOCIMIENTOS
La información disponible en el presente documento es producto del proyecto “Estudios de Consultoría en el Sector Nanotecnológico” Préstamo BIRF Nº 7599/AR - Licitación Nº 05/09. Este proyecto fue desarro-llado por el consorcio constituido por el Observatorio Tecnológico (OTEC) del Departamento de Ingeniería Industrial de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata (Argentina), el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y la Fundación Hospital Universitaria Vall d´Hebron – Institut de Recer-ca (VHIR) (España) y fue dirigido por Jorge Petrillo, director del OTEC.
Se agradece la participación de los siguientes profesionales: Martín Petrillo, Pere Escorsa Castells, Jairo Chaur Bernal, Enric Escorsa, Ivette Ortíz Montenegro, Elicet Cruz, Katia Cueto, Víctor Rojas y Mary Aranda.
El proyecto ha sido realizado en el marco de la Dirección Nacional de Estudios, dependiente de la Subse-cretaría de Estudios y Prospectiva de la Secretaría de Planeamiento y Políticas del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la República Argentina (MINCyT).
La coordinación y supervisión de las actividades del proyecto por parte de MINCyT estuvo a cargo del equi-po de trabajo de la Dirección Nacional de Estudios del Ministerio: Lic. Alicia Recalde, Lic. Ricardo Carri, Lic. Manuel Marí, Ing. Miguel Guagliano y la AE Adriana Sánchez Rico.
ÍNDICE
PRÓLOGO .................................................................................................................... 7
RESUMEN .................................................................................................................... 9
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 18
2. SÍNTESIS DE DOCUMENTOS PROSPECTIVOS… ............................... ……………..19
2.1. European Commission, High Level Group, junio 2004, 2020 Vision for the Future
of Nanoelectronics, A far-sighted strategy for Europe. ................................................ 19
2.2. Fundación OPTI, abril 2008, Aplicaciones industriales de las nanotecnologías en
España en el horizonte 2020 ....................................................................................... 22
2.3. Business and Industry Advisory Committee to the OECD (BIAC), febrero 2009,
Responsible Development of Nanotechnology: Turning Vision Into Reality ................ 26
2.4. Luther, W., marzo 2004, International Strategy and Foresight Report on
Nanoscience and Nanotechnology. ............................................................................ 28
2.5. Executive Office of the President, President’s Council of Advisors on Science and
Technology, marzo, 2010, Report to the President and Congress on The Third
Assessment of The National Nanotechnology Initiative. .............................................. 32
2.6. Bontoux, T. and Warwick T., february 2010, UK Strategy for Nanotechnology. .... 33
2.7. European Commission, European Initiative on Nanoscience and Nanotechnology,
febrero 2009, GENNESYS White Paper 2009. ............................................................. 35
2.8. European Commission, High-Level Group European Technology Platform on
NanoMedicine, Nanotechnology for Health, Septiembre 2005, Vision Paper and Basis
for a Strategic Research Agenda for NanoMedicine. .................................................. 36
2.9. European Commission, European Technology Platform on NanoMedicine,
octubre 2009, Roadmaps in Nanomedicine: Towards 2020. ...................................... 39
2.10. Roco, M.C.; Mirkin, C.A.; Hersam, M.C., septiembre 2010, Nanotechnology
Research Directions for Societal Needs in 2020. Retrospective and Outlook. ............. 40
2.11. R. Moore, Mayo 2010, Publicado en European Medical Device Technology,
mayo 2010, Volume 1, No. 5, Nanoscience and Future Trends in Medical
Technologies............................................................................................................... 42
2.12. AIRI/Nanotec IT, enero 2006, Roadmaps at 2015 on Nanotechnology Application
in the Sectors of: Materials, Health & Medical Systems, Energy. ................................ 44
2.13. Joint Economic Committee, United States Congress, marzo 2007,
Nanotechnology: The Future is Coming Sooner Than You Think. ................................ 48
2.14. European Science Foundation. “Nanomedicine. An ESF – European Medical
Research Councils (EMRC) Forward Look report”. (2005) ........................................... 50
2.15. Ministry of Science Technology an Innovation. “Technology Foresight on Danish
Nanoscience and Nanotechnology” (2004) ................................................................. 51
2.16. Ottilia Saxl. Nanotechnology – a Key Technology for the Future of Europe
(2005)……………………………………………………………………………… ... ………..52
2.17. Arnim Wiek, Lukas Gasser, Michael Siegrist. Systemic scenarios of
nanotechnology: Sustainable governance of emerging technologies (2009) .............. 53
2.18. Karen F. Schmidt. Project on emerging nanotechnologies. Nanofrontiers. Visions
for the future of nanotechnology (2007) ...................................................................... 53
2.19. Richard Silberglitt, Philip S. Antón, David R. Howell, Anny Wong. RAND
Corporation. The Global Technology Revolution 2020, In-Depth Analyses
Bio/Nano/Materials/Information Trends, Drivers, Barriers, and Social Implications
(2006)………………………………………………………… ........................................... .57
2.20. Federal Institute for Risk Assessment. BfR Delphi Study on Nanotechnology
Expert Survey of the Use of Nanomaterials in Food and Consumer Products (2010) ... 60
2.21. René de Groot (Syntens – Stiching Syntens, Innovation Network for Entrepreneur,
Netherland) Dr. Jonathan Loeffler, Dr. Ulrich Sutter (Steinbeis-Europa-Zentrum,
Germany). Nanomaterial Roadmap 2015. Roadmap Report Concerning the Use of
Nanomaterials in the Medical & Health Sector (2006) ................................................. 61
2.22. Roadmap Report on Nanoparticles (2005). NRM (NanoRoadMap project). Project
co-funded by the 6th Framework Programme of the EC. Willems & van den
Wildenberg (W&W) (2005)........................................................................................... 83
2.23. Technology roadmap for nanoelectronics. Ramón Compañó. European
Commission. Directorate-General Information Society (2001) ..................................... 86
3. RESUMEN DE DESARROLLOS TECNOLÓGICOS……………………… .... ………….91
4. MATRIZ DE COINCIDENCIAS……… ................................................. ……………..119
5.CONCLUSIONES ................................................................................................... 131
6.BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 133
7
PRÓLOGO
El Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, de manera consistente
con los lineamientos del Plan Argentina Innovadora 2020, promueve estudios sobre el
futuro de las áreas estratégicas priorizadas para impulsar el desarrollo argentino. Los
estudios prospectivos y de vigilancia tecnológica e inteligencia competitiva en las
áreas de interés del Ministerio son realizados en el marco de la Secretaría de
Planeamiento y Políticas (SePP) a través del Programa Nacional de Prospectiva
Tecnológica (PRONAPTEC) y el Programa Nacional de Vigilancia Tecnológica e
Inteligencia Competitiva (VINTEC) de la Dirección Nacional de Estudios, dependiente
de la Subsecretaría de Estudios y Prospectiva.
Una de las áreas estratégicas seleccionadas es la de las nanociencias y la
nanotecnología (NyN), una de las tecnologías de propósito general prioritaria
para el Ministerio.
En nuestro país, como en todo el mundo, las nanociencias y las nanotecnologías
están revolucionando muchas industrias y campos de aplicación, por las
posibilidades hasta hace poco impredecibles que presenta para el desarrollo de
dispositivos útiles para la salud, la agricultura, el medio ambiente, el desarrollo de
energías no convencionales, las tecnologías de la información y las comunicaciones,
cada vez más en búsqueda de la miniaturización de sus componentes. Con el fin de
conocer los desafíos y oportunidades que afectarán el desenvolvimiento de estas
nuevas ciencias y tecnologías, se llevó a cabo un amplio estudio para investigar su
situación actual y sus futuros posibles en el mundo y en nuestro país.
El presente documento constituye un capítulo dentro del diagnóstico de la situación
de las NyN en nuestro país, el del análisis que se hizo en base a técnicas de vigilancia
tecnológica de los principales documentos prospectivos que se detectaron y que
sirvieron para elaborar dicho diagnóstico.
La SePP pone este estudio a disposición de la comunidad científica y tecnológica, y
8
de la comunidad empresarial, así como de aquellas otras instituciones que forman
parte de la sociedad civil con interés en el sector, con el objetivo de contribuir
positivamente a su conocimiento y desarrollo productivo.
Dr. Miguel Ángel Blesa
Secretario de Planeamiento y Políticas del
Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva.
9
RESUMEN
Se analizaron en total 23 documentos de tipo prospectivo relacionados con las
nanotecnologías, que fueron seleccionados de acuerdo con el rigor de los autores (en
su mayoría instituciones de reconocido prestigio), de manera que la información por
ellos suministrada fuese fiable y obedeciera a un proceso de análisis serio. A
continuación se listan los documentos:
Título Autor
2020 Vision for the Future of
Nanoelectronics, A far-sighted strategy
for Europe
European Commission, High Level Group
Aplicaciones industriales de las
nanotecnologías en España en el
horizonte 2020
Fundación OPTI
Responsible Development of
Nanotechnology: Turning Vision Into
Reality
Business and Industry Advisory
Committee to the OECD
International Strategy and Foresight
Report on Nanoscience and
Nanotechnology
Departamento de Análisis de Sistemas
del Risoe National Laboratory, de
Dinamarca – Luther, W.
Report to the President and Congress on
The Third Assessment of The National
Nanotechnology Initiative.
President’s Council of Advisors on
Science and Technology - USA
UK Strategy for Nanotechnology TBxConsulting Ltd & NanInk Inc.- Bontoux,
T and Warwick, T.
European Initiative on Nanoscience and
Nanotechnology - Gennesys project
European Commission
Vision Paper and Basis for a Strategic
Research Agenda for NanoMedicine
European Commission, High-Level Group
European Technology Platform on
NanoMedicine, Nanotechnology for
Health
Roadmaps in Nanomedicine: Towards European Commission, European
10
2020 Technology Platform on NanoMedicine
Nanotechnology Research Directions for
Societal Needs in 2020. Retrospective
and Outlook
Roco, M.C.; Mirkin, C.A.; Hersam, M.C
Nanoscience and Future Trends in
Medical Technologies
Instituto de Nanotecnología de Stirling
de Reino Unido – Moore, R.
Roadmaps at 2015 on Nanotechnology
Application in the Sectors of: Materials,
Health & Medical Systems, Energy
AIRI/Nanotec IT. Proyecto Nanoroadmap
(NRM) – Comisión Europea
Nanotechnology: The Future is Coming
Sooner Than You Think
Joint Economic Committee, United States
Congress
Nanomedicine. An ESF – European
Medical Research Councils (EMRC)
Forward Look report
European Science Foundation
Technology Foresight on Danish
Nanoscience and Nanotechnology
Ministry of Science Technology an
Innovation
Nanotechnology – a Key Technology for
the Future of Europe
Ottilia Saxl
Systemic scenarios of nanotechnology:
Sustainable governance of emerging
technologies
Wiek, A., Gasser, L. and Siegrist, M.
(Suiza).
Nanofrontiers. Visions for the future of
nanotechnology
Project on emerging nanotechnologies –
Schmidt, K.
The Global Technology Revolution 2020,
In-Depth Analyses
Bio/Nano/Materials/Information Trends,
Drivers, Barriers, and Social Implications
(2006)
RAND Corporation – Silberglitt, R., Antón,
P., Howell, D. Wong, A.
BfR Delphi Study on Nanotechnology
Expert Survey of the Use of
Nanomaterials in Food and Consumer
Products
Federal Institute for Risk Assessment
Nanomaterial Roadmap 2015. Roadmap Syntens – Stiching Syntens, Innovation
11
Report Concerning the Use of
Nanomaterials in the Medical & Health
Sector
Network for Entrepreneur, Netherland &
Steinbeis-Europa-Zentrum, Germany
Roadmap Report on Nanoparticles NRM - NanoRoadMap project
Technology Roadmap for
Nanoelectronics
European Commission. Directorate-
General Information Society
Se identificaron, en cada uno de estos documentos, los desarrollos tecnológicos más
relevantes que definen las líneas de las nanociencias y nanotecnologías más
probables en un escenario futuro a mediano y largo plazo.
Aquellas líneas se agruparon por afinidades, en términos de sectores y subsectores
nano, y se identificaron las coincidencias entre los diferentes documentos, utilizando
para ello una tabla de doble entrada denominada matriz de coincidencias o matriz de
síntesis documental. Esta tabla facilita una visión global de la opinión de una gran
cantidad de expertos y científicos que estuvieron detrás de los diferentes ejercicios
prospectivos desarrollados y que dieron origen a los informes analizados.
La información de allí obtenida es muy valiosa y se debe tener en cuenta a la hora de
definir las áreas de actuación prioritarias para Argentina, de manera que queden
alineadas con las tendencias que la opinión internacional experta ha propuesto.
A continuación se presenta, también en forma tabular, un resumen de la matriz de
síntesis documental. Se identifican los sectores y subsectores, y el número total de
coincidencias encontradas arroja un verdadero “score” de la importancia que tiene
cada uno de ellos. Luego se han agrupado por afinidad y se ha descartado aquello
que no resultó coincidente.
Sector/Subsector Desarrollo tecnológico
AGROALIMENTACIÓN
Agricultura Nanosensores para monitoreo de salud del 3
12
suelo.
Administración controlada de herbicidas,
pesticidas y fertilizantes.
Alimentos
Nuevas formulaciones de alimentos y
formulaciones con vitaminas y precursores como
nanopartículas. Agentes: de goteo, espesantes,
antioxidantes.
Aditivos de alimentos funcionales.
Nanopartículas funcionales para tratamiento eficaz
de alergias alimentarias y para otros fines
específicos.
5
Alimentos - seguridad
Nanobiosensores para control de la calidad de
alimentos; detección de bacterias y virus 7
Embalajes featrure-rich: capaces de detectar
pesticidas o deterioro. Membranas de nanotubos.
Etiquetado inteligente (trazabilidad). Envases
activos.
3
ENERGÍA
Generación / renovables
Celdas solares más eficientes con
superficies nanoestructuradas con nanocapas o
nanfilamentos; celdas sensibilizadas por
colorante.
Nanomateriales sustitutos del silicio, para
aprovechar las radiaciones infrarrojas y
ultravioletas para generar energía
9
Nanopartículas y nanotubos en baterías y
pilas de combustible; mejora de materiales de
pilas (ánodo, cátodo, electrodos); polímeros
conductores para placas bipolares.
Aumento de eficiencia de la generación de
hidrógeno a partir del agua.
4
Puntos cuánticos, pozos cuánticos, nanotubos de
carbono, nanocables y dendrímeros, en 2
13
dispositivos fotovoltaicos.
Almacenamiento
“Súper-capacitores", que permiten el
almacenamiento de grandes cantidades de
energía.
3
Baterías, convertidores termoeléctricos o celdas
solares para dispositivos inalámbricos. 3
Transporte
Materiales nanoconductores
superestructurados y nanotubos de alta
conductividad. Superredes.
Varistores miniaturizados.
5
METALMECÁNICA
Vehículos de transporte
Gestión inteligente de motores y reducción del
consumo de combustible y de emisiones;
catalizadores.
3
Nanomateriales compuestos para neumáticos con
mayor adherencia y resistencia a la abrasión. 2
Materiales más ligeros y más fuertes en vehículos
de transporte, polímeros con refuerzo de
nanopartículas, nanotubos de carbono para las
estructuras ultra-ligeras.
3
Aplicaciones industriales
Materiales nanoestructurados
multifuncionales;
Recubrimientos: antirreflejantes, anti-
incrustantes.
2
Textiles inteligentes; tejidos conductores. 3
Seguridad/antiterrorismo Vigilancia nanoelectrónica para identificación
personal, biometría, controles de acceso. 2
MEDIO AMBIENTE
Medio ambiente-control
Nanosensores en dispositivos de control
medioambiental. 3
Nanomateriales cerámicos como aditivos del
combustible para reducir los contaminantes del 3
14
aire.
Catalizadores basados en nanoestructuras para
destruir moléculas peligrosas y contaminantes. 4
Remediación
Dendrímeros poliméricos y materiales nano-
porosos para separar y atrapar contaminantes.
Eliminación de contaminantes en: agua potable,
aguas residuales y suelos.
4
Sistemas foto catalíticos solares y sistemas de
separación de contaminantes residuales. 2
SALUD-NANOMEDICINA
Diagnóstico médico in-
vitro
Biosensores, sensores biomiméticos, biochips,
micro-laboratorios, dispositivos lab-on-chip. 14
Diagnóstico médico in-
vivo
Nanopartículas como marcadores o agentes de
contraste en pruebas diagnósticas. 8
Imagen por resonancia magnética [MRI] y
ultrasonido, uso de nanopartículas magnéticas o
paramagnéticas.
6
Dispositivos implantables y nuevos instrumentos
endoscópicos, nano sondas especificas con
capacidad de penetrar en la célula.
2
Nanocápsulas recubiertas con polímeros,
dendrímeros y nanoesferas de oro. 3
Puntos cuánticos para obtener imágenes
eficientes y multicolores de muestras biológicas. 3
Medicina regenerativa
Bioimplantes, biomateriales inteligentes y
multifuncionales; bioimplantes cocleares y de
retina.
12
Biomateriales de tercera generación con
polímeros reabsorbibles a nivel molecular.
Nanomateriales programables basados en
proteínas.
2
Biomateriales como estructuras “andamios” que
sustentan el crecimiento del tejido. 8
15
Aplicaciones con células madre. 5
Terapéutica
Nano sistemas de administración y liberación de
fármacos. 18
Terapias génicas (farmacogenética). 7
Combinación de diagnóstico precoz, tratamiento y
control de la terapia (teranóstica). 4
Terapia hipertérmica para tratamiento del cáncer. 2
Dispositivos de transfección para usos
terapéuticos (dispositivos que pueden atravesar
las barreras biológicas).
2
ELECTRÓNICA - TIC
TIC y electrónica
Almacenamiento de información y dispositivos de
memoria nanométricos, memorias masivas
miniaturizadas ultra integradas.
7
TIC y electrónica
Circuitos integrados con mayor capacidad de
conmutación y de almacenamiento de información
(post-CMOS); QCA.
7
TIC y electrónica Espintrónica. 5
TIC y electrónica Memorias de datos basados moléculas biológicas
y puntos cuánticos (quantum dots); Circuitos QCA. 5
TIC y electrónica Aplicaciones en optoelectrónica, la fotónica y los
sistemas embebidos. 4
TIC y electrónica Transistores y mayor capacidad de
almacenamiento de información. 3
TIC y electrónica
Diodos orgánicos emisores de luz (OLED) o
pantallas de emisión de campo basada en
nanotubos de carbono (CNT-FED).
3
TIC y electrónica
Memorias MRAM, como sustituto de las
memorias DRAM con no volatilidad de datos y
menor consumo de energía.
3
TIC y electrónica Ambientes inteligentes: redes multifuncionales de
equipos y sistemas de comunicación. 2
TIC y electrónica Metamateriales, materiales sintéticos que 2
16
permiten la manipulación de los campos
electromagnéticos.
De acuerdo con la síntesis de la tabla anterior, es evidente que hay dos sectores de
importancia destacada:
Salud – nanomedicina
TIC – electrónica
Existe un consenso en cuanto a la importancia de estos dos sectores. El primero de
ellos, nanomedicina, por sus implicaciones directas sobre el bienestar del ser
humano y la posibilidad de desarrollar -a partir de la nanotecnología- diferentes y más
eficaces estrategias para el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades. En
general, las áreas de mayor interés en este primer sector son:
Diagnóstico in-vitro: biosensores, sensores biomiméticos, biochips,
microlaboratorios y dispositivos lab-on-chip.
Diagnóstico in-vivo: nanopartículas como marcadores o agentes de contraste.
Medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y
multifuncionales.
Terapéutica: nanosistemas de administración y liberación de fármacos.
En electrónica-TIC, las áreas más relevantes son:
Almacenamiento de información, memorias nanométricas ultraintegradas.
Circuitos integrados con mayor capacidad de conmutación.
Espintrónica.
Memorias de datos basadas en moléculas biológicas y puntos cuánticos.
17
En tercer lugar de importancia se puede citar al sector de energías. En este caso, las
áreas de interés son:
Nanomateriales aplicados a las celdas solares.
Nanomateriales nanoconductores superestructurados de alta conductividad.
Ambos sectores están relacionados con aplicaciones concretas de nanomateriales.
Y en cuarto lugar se sitúa el sector de los agroalimentos. En particular el interés se
centra en:
Seguridad alimentaria: nanobiosensores para control de calidad.
Alimentos: formulaciones para elaboración de alimentos funcionales.
Luego de estos cuatro sectores destacados, se pueden ubicar el de metalmecánica y
el de medio ambiente. En el primero de ellos, las áreas de interés son: gestión
inteligente de motores de vehículos, y materiales nanoestructurados multifuncionales
y ultraligeros, principalmente. En el segundo, se sitúan áreas como la de los
catalizadores nanoestructurados para control medioambiental, así como los
materiales nano-porosos para remediación de agua y suelos.
18
1. INTRODUCCIÓN
Las nanociencias y nanotecnologías tendrán un papel clave en el impulso de la
próxima revolución industrial y como tecnologías estratégicas para la futura economía
mundial. La percepción que se tiene a nivel global, tanto de su enorme potencial
como del alcance e impacto de los desarrollos tecnológicos y sus aplicaciones
derivadas, así lo sugiere.
Las innovaciones basadas en la nanotecnología darán respuesta a muchos de los
problemas actuales y necesidades de la sociedad moderna; además representan un
gran desafío para las futuras actividades industriales y económicas.
Los múltiples informes y estudios prospectivos que se han realizado en las diferentes
áreas tecnológicas, sirven como base a gobiernos, organismos decisores y entidades
vinculadas al sector, para definir y perfeccionar las estrategias de I+D+i
(investigación, desarrollo e innovación), así como para guiar las políticas en ciencia y
tecnología. El objetivo es disponer de los conocimientos y capacidades necesarias
para aprovechar las oportunidades de actuación y los nichos de mercado.
En este informe se presenta una revisión documental prospectiva sobre los
desarrollos tecnológicos en el área de las nanociencias y las nanotecnologías. Se han
tenido en cuenta fundamentalmente aquellas líneas tecnológicas vinculas a las áreas:
salud, agroalimentos, industria y manufactura, electrónica, TIC, energía, medio
ambiente, química, etc.
Para conformar esta síntesis, se revisó y analizó una selección de documentos que
incluyen una visión prospectiva a mediano y largo plazo, con el objetivo de tener un
panorama general de lo que opinan los expertos sobre cuáles podrían ser los
desarrollos nanotecnológicos futuros más relevantes en cada área. En todos los
casos se intenta determinar qué sectores mostrarán más desarrollo, en qué líneas de
I+D (investigación y desarrollo) se trabaja con mayor énfasis, en qué plazos se estima
que tales desarrollos se convertirán en productos de mercado.
19
2. SÍNTESIS DE DOCUMENTOS PROSPECTIVOS
2.1 European Commission, High Level Group, junio 2004, 2020 Vision for the
Future of Nanoelectronics, A far-sighted strategy for Europe.
El informe “Visión para el futuro de la nanoelectrónica en 2020, estrategia para
Europa” fue elaborado por la Comisión Europea a mediados de 2004. El mismo
incluye una visión prospectiva del sector de la nanoelectrónica con una proyección de
15 años, o sea, que muestra el escenario esperado en este campo tecnológico en
Europa para el año 2020. Se analizan aquellos acontecimientos que influirán en su
evolución y desarrollo, así como su repercusión sobre otros sectores de la economía
europea.
Este estudio prospectivo tiene como objetivo, además, convertirse en la principal
hoja de ruta para todos aquellos actores involucrados, tanto el sector privado como
público, con vistas a llevar a cabo la actividad de investigación e innovación en
nanoelectrónica de forma planificada y coordinada.
La microelectrónica sustenta casi todos los sectores industriales. Por lo tanto, según
este informe, Europa debe incrementar sus esfuerzos por mantenerse en una
posición de liderazgo en términos de investigación, diseño, aplicaciones y
fabricación. Para ello se requiere un enfoque multidisciplinario, llevar a cabo una
investigación avanzada y contar con las instalaciones de producción requeridas.
Además, se recomienda mucha más coordinación de la industria orientada a la
actividad de investigación, así como el establecimiento de asociaciones estratégicas
público-privadas.
En todos los casos se debe contar con el apoyo público de miembros de la región,
del Estado y de la Unión Europea, así como un entorno legal y financiero favorable.
Se plantea además que para lograr el escenario esperado, se necesita una cadena de
suministro competitiva, favorecer la investigación en temas medio ambientales y
desarrollar infraestructuras capaces de apoyar esta visión de futuro.
20
Los autores de este informe reconocen que hacer una predicción a largo plazo es
poco realista debido al alto ritmo de innovación del sector. Sin embargo, proponen
una hoja de ruta tecnológica basada en los puntos fuertes actuales de Europa en
materia de telecomunicaciones, electrónica médica y de automoción. Los desarrollos
tecnológicos esperados se agrupan en las áreas: ambientes inteligentes, diagnóstico
y tratamiento médico a nano-escala, transporte, y por último, las aplicaciones de
seguridad y anti-terrorismo. A continuación de describen brevemente los avances
esperados en cada área.
Electrónica y TIC - ambientes inteligentes: La transición de las dimensiones micro a
las nanométricas permitirá el uso de chips tan pequeños y baratos que podrán ser
integrados en varios sistemas y equipos, e interactuar unos con otros. Por lo tanto,
las actividades cotidianas serán sistemáticamente más inteligentes y reactivas.
Aparatos como computadoras, equipos multimedia y dispositivos de comunicaciones
se integrarán en ese ambiente, haciendo posible una interacción continua para
mejorar la calidad de vida. Las aplicaciones podrían centrarse en la salud personal, el
entretenimiento y el ocio, a través de una red de aparatos multifuncionales.
En este punto, también las aplicaciones relacionadas con el nanomagnetismo
permitirán obtener nanotransistores muy potentes basados en la espintrónica, como
base para nuevas tecnologías de almacenamiento de información de altas
capacidades. Igualmente importante serán los avances en materiales
semiconductores orgánicos emisores de luz, para la fabricación de pantallas visuales
muy delgadas y flexibles con un rendimiento mucho mayor.
Diagnóstico y tratamiento médico a nano-escala: la nanoelectrónica, mediante el uso
de los biosensores, acelerará y simplificará las mediciones a nivel molecular. Se
diseñarán y fabricarán sensores o biochips ultra-sensibles para la detección de
concentraciones muy bajas de estructuras celulares, anticuerpos o proteínas, con el
fin de ofrecer mejores diagnósticos y tratamientos a los pacientes. Ello también
estará unido al desarrollo de implantes inteligentes, micro-laboratorios y técnicas de
control sanitario no invasivo.
21
Por otra parte, la combinación de tales biosensores con el etiquetado inteligente hará
posible el mejoramiento de la seguridad alimentaria, gracias a un control continuo de
la calidad de los alimentos, a la vez que permitirá la detección y rastreo de las fuentes
de infección.
Cabe destacar que la compatibilidad entre la nanoelectrónica y la biología molecular
introduce la posibilidad de producir dispositivos híbridos de interconexión de
componentes electrónicos y biológicos. Ello abre una amplia gama de aplicaciones
médicas y biológicas como son: la biomimética que permite a estructuras artificiales
imitar el comportamiento de elementos de la naturaleza; la nanofotónica que seguirá
aumentando la velocidad y reduciendo el costo de transmisión de datos; las nano-
herramientas mecánicas; así como los nano-sensores que serán cada vez más
sensibles y selectivos, y podrán incluso interactuar con la voz, la visión, el tacto y
ofrecer nuevas aplicaciones, como la biométrica y la vigilancia ambiental.
Transporte: el uso de dispositivos más confiables, inteligentes, interactivos y de bajo
coste permitirá el desarrollo de aplicaciones para automóviles y otras formas de
transporte, con la capacidad de soportar ambientes hostiles, con gestión inteligente
del motor para reducir el consumo de combustible y la contaminación. También se
incrementará la seguridad gracias a los dispositivos anticolisión, la adaptación de los
sistemas de navegación, el control de acceso personal a vehículos, el
establecimiento de las preferencias del conductor, y el control del impacto en el
medio ambiente, así como novedosos sistemas de entretenimiento.
Seguridad y anti-terrorismo: el terrorismo internacional ha estimulado la inversión
masiva en la investigación de la nanotecnología para los sistemas de seguridad. Las
aplicaciones van desde la vigilancia nanoelectrónica (observación, alarmas, etc.) para
identificación personal utilizando la biometría y aplicaciones en controles de
acceso.20ean
22
2.2 Fundación OPTI, abril 2008, aplicaciones industriales de las
nanotecnologías en España en el horizonte 2020
El estudio elaborado por la Fundación OPTI (Observatorio de Prospectiva Tecnológica
Industrial del Ministerio de Ciencia y Tecnología español) en el año 2008 con una
mirada prospectiva hacia el 2020, pretende identificar los campos más importantes
de aplicación de las nanotecnologías en el futuro e identificar las necesidades claves
de I+D+i (investigación, desarrollo e innovación). El objetivo es proporcionar
información útil y relevante para que los responsables de la toma de decisiones en
organismos de la administración y empresas puedan elaborar estrategias de
actuación a favor del desarrollo y la aplicación de las nanotecnologías. Para su
realización se consultó a más de un centenar de expertos de centros de
investigación, industria y universidad.
Como resultado se exponen los desarrollos tecnológicos esperados en algunos
sectores claves como son: transporte, energía y medio ambiente, TIC y electrónica,
salud y biotecnología. A continuación se comentan los avances más relevantes de
cada área.
Transporte: el principal aporte de la nanotecnología al transporte será proveer
vehículos más ligeros y eficientes, sin emisiones contaminantes, con mayor
seguridad, más inteligentes y reciclables. Algunas aplicaciones basadas en
nanotecnologías ya están disponibles, y la mayoría tendrán un desarrollo industrial a
partir de 2010. Las áreas en las que se implantarán las nanotecnologías serán:
Aplicaciones estructurales: aleaciones más ligeras y resistentes para piezas, chasis y
carrocerías, que permitirán reducir hasta en un 30% el peso de aviones y
automóviles. También se aplicarán nanomateriales compuestos a los neumáticos,
para mejorar las características de adherencia y reforzarlos ante la abrasión. Estas
aplicaciones estarán disponibles para su aplicación y comercialización hacia 2015.
Propulsión: aplicación de nanomateriales para mejorar el rendimiento y la fiabilidad
de los sistemas de propulsión, con reducción de emisiones y ausencia de ruido.
Estas aplicaciones deben superar su elevado coste y su corto periodo de vida útil,
23
aspectos en los que los nanomateriales también aportarán soluciones. En cualquier
caso, su desarrollo se prevé entre 2011 y 2020 para generalizarse a partir de esa
fecha.
Seguridad y automatismos: se aplicarán revestimientos absorbentes de los impactos
y serán menos inflamables. Estas aplicaciones estarán disponibles desde 2015.
Existe un gran interés por el desarrollo de sensores y actuadores que mejoran la
seguridad y los automatismos de todo tipo de transporte (terrestre, aéreo o naval),
hasta llegar a la conducción automática. En el periodo de 2016 a 2020 habrá ya una
plena comercialización de estos dispositivos basados en nanotecnologías.
Energía: la nanotecnología se aplicará principalmente al control de las propiedades
(sobre todo químicas, eléctricas y ópticas) de los materiales a nivel nanométrico, para
mejorar la producción y el uso eficiente de la energía.
Energías renovables: las nanotecnologías tendrán un papel preponderante en el
aprovechamiento de la energía solar, mediante nanomateriales sustitutos del silicio,
que permitan aprovechar las radiaciones infrarrojas y ultravioletas para generar
energía, e incluso materiales que permitan la producción directa de hidrógeno a partir
de la luz del sol mediante sistemas bio-inspirados (que imitan a la naturaleza). La
mayor parte de estos desarrollos estarán disponibles a partir de 2015.
Hidrógeno y pilas de combustible: numerosos nanomateriales tienen importantes
propiedades como catalizadores, con un enorme potencial de aplicación en áreas
como la conversión directa de celulosa, la obtención de combustibles líquidos e
hidrógeno y su utilización en pilas de combustible, con aplicaciones industriales
previstas a partir de 2010.
Almacenamiento y transporte de energía: en este campo los nanomateriales
presentan propiedades muy interesantes para controlar la captura y liberación del
hidrógeno. En cuanto al transporte energético, los materiales nanoconductores
superestructurados y los nanotubos de alta conductividad se presentan como una
gran alternativa futura.
24
Medio ambiente. En fase de desarrollo se encuentran diversos tipos de nanosensores
que permitirán crear dispositivos de control medioambiental en el entorno y en los
procesos de producción de energía. Se están desarrollando catalizadores basados en
nanoestructuras capaces de destruir las moléculas peligrosas, útiles para la
descontaminación, por ejemplo de agua.
TIC y electrónica: la nanotecnología, además de miniaturizar los dispositivos que se
utilizarán para la conexión a las redes de información, conseguirá mayor funcionalidad
con frecuencias más altas en la comunicación inalámbrica. Además se logrará que los
dispositivos móviles y portátiles estén cada vez más tiempo conectados y que no
tengan un impacto medioambiental.
Electrónica post-CMOS: se refiere a todos los materiales, estructuras, dispositivos y
arquitecturas que se desarrollarán a largo plazo (producción hacia el 2020) para
conseguir circuitos integrados con mayor capacidad de conmutación y de
almacenamiento de información. Se aplicarán nuevas tecnologías a la
optoelectrónica, la fotónica y los sistemas embebidos, tal es el caso de los nuevos
transistores y circuitos basados en nanotubos de carbono o la espintrónica, que
utiliza el spin de un electrón y su carga para transmisión de información.
Dispositivos (transistores y memorias): el objetivo es fabricar circuitos con mayor
capacidad de computación y de almacenamiento de la información y dispositivos de
memoria nanométricos.
Salud y biotecnología: la nanobiotecnología aplicada a la medicina se encamina al
desarrollo de nuevos sistemas de diagnóstico (diagnóstico molecular) o terapias
(nanofármacos o medicina regenerativa) basadas en interacciones entre el cuerpo
humano y los materiales, estructuras o dispositivos a escala nanométrica. Además de
la medicina, esta ciencia puede aplicarse a la seguridad alimentaria, por ejemplo
implantando sensores en los alimentos que verifiquen su óptimo estado, gusto y
aroma) o la cosmética (por ejemplo, creando estructuras que sean fácilmente
absorbibles por el cuerpo humano). Otras aplicaciones relevantes de las
nanotecnologías se darán en sectores como el del envase, con envases activos que
conservan el producto y mantienen sus características e informan al consumidor
25
sobre su estado.
Diagnosis: especialmente relevante resulta el uso de los biosensores para el
diagnóstico y seguimiento de enfermedades o el uso de nanopartículas como
marcadores en ensayos clínicos o como agentes de contraste en pruebas
diagnósticas. Estas tecnologías pueden ser especialmente eficaces en un plazo de 10
años para el diagnóstico de enfermedades como el cáncer, patologías del sistema
cardiovascular y neurológico o enfermedades infecciosas y metabólicas.
Implantes, terapia celular e ingeniería tisular: se apuesta por estructuras que sirven
de anclaje o andamio a la regeneración celular, incluyendo el uso de células madre,
para crear tejidos (piel, hueso, cartílago) que puedan ser después injertados en
pacientes en sustitución de los dañados. Otra línea de actuación son los
biomateriales biomiméticos, mediante biomateriales inteligentes, moléculas
bioactivas de señalización, que imitan el comportamiento natural de crecimiento de
los tejidos, o los biomateriales de tercera generación que incorporan la adaptación de
polímeros reabsorbibles a nivel molecular para producir respuestas celulares
específicas a los cambios de temperatura, PH, estimulación eléctrica o nivel
energético.
Administración de fármacos: las nanotecnologías permiten crear dispositivos
suficientemente pequeños como para atravesar los conductos vasculares y las
membranas celulares, lo que evitará tener que realizar invasiones externas (como
inyecciones). Además permite un control preciso de las dosis suministradas así como
soluciones de liberación continuada y programada desde el propio cuerpo del
paciente. Es clave también en la terapia génica, la posibilidad de liberar fármacos que
actúen sobre la genética celular. Algunas de estas soluciones estarán disponibles
antes de 2015.
26
2.3 Business and Industry Advisory Committee to the OECD (BIAC), febrero
2009, Responsible Development of Nanotechnology: Turning Vision Into
Reality
El estudio prospectivo que se analiza a continuación fue publicado en el año 2009 por
el Comité Asesor de Industria y Comercio (BIAC), de la Organización para la
Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE). El objetivo que se persigue es
identificar las prioridades estratégicas, desde la perspectiva de la comunidad
empresarial de la OCDE, para orientar tanto a los sectores públicos como privados,
en función de las actividades, estrategias y esfuerzos futuros necesarios en el campo
de las nanotecnologías.
El interés se centra en las siguientes áreas: energía, agricultura y alimentos, salud,
TIC, y medio ambiente. A continuación se describen brevemente los principales
desarrollos tecnológicos previstos según los autores de este informe.
Energía: entre las principales aplicaciones se encuentran, por ejemplo, el uso de la
nanotecnología para reducir el consumo de energía a través de sistemas aislantes,
sistemas de iluminación más eficientes, y por el uso de materiales más ligeros y más
fuertes en vehículos de transporte. Del mismo modo, la nanotecnología se está
utilizando para el diseño de motores de combustión más eficientes. Por otro lado, se
prevé el uso de “ultra-capacitores" para el almacenamiento de grandes cantidades de
energía, un mayor aprovechamiento de celdas solares y pilas de combustible, gracias
a los materiales nanoestructurados.
Alimentación y agricultura: la cadena completa de producción de alimentos agrícolas
e industriales podría influenciarse significativamente por la evolución de la
nanotecnología. En este punto se puede señalar por ejemplo: el aumento de los
rendimientos a través de fertilizantes inteligentes que reaccionan a las condiciones
ambientales como la temperatura o la humedad. Unido a ello, está la reducción del
uso global de fertilizantes gracias a un uso más puntual y específico para una
producción agrícola más ecológica. Además del monitoreo de la calidad alimentaria
con nanosensores que permiten detectar con eficacia la más mínima contaminación
27
en una etapa temprana.
Salud: se analizan las posibles aplicaciones en los agentes de diagnóstico por
imagen, los sistemas de administración de fármacos, los biosensores, la ingeniería
de tejidos, la microfluídica, los sistemas de detección de patógenos y sistemas
electrónicos compactos. El tamaño de las nanopartículas permite la producción de
materiales avanzados y la posibilidad de penetrar en las células superando las
barreras fisiológicas. La nanomedicina se centrará en las interacciones a nanoescala
en las células individuales y biomoléculas para detectar los cambios y problemas a
niveles moleculares y celulares, con el potencial para tratar con rapidez los síntomas
que se expresan. Según este informe, la nanotecnología puede mejorar
significativamente la salud y la biotecnología en temas claves como:
Farmacología: nuevos sistemas de administración de fármacos y medicamentos para
llegar a los lugares de tratamiento de forma más efectiva; con una reducción de la
toxicidad gracias el uso de dosis menores de fármacos altamente específicos, y
sistemas de distribución que permiten la liberación lenta y continuada de la dosis
terapéutica requerida.
Medicina regenerativa: implica la construcción de estructuras o “andamios” que
sustentan el crecimiento del tejido, y permite la entrega de oxígeno y nutrientes a las
células, así como la eliminación de residuos.
Diagnóstico por imagen: el uso de nanopartículas magnéticas o paramagnéticas en
conjunto con la resonancia magnética (MRI) para seguir el movimiento de las
nanomedicinas hacia lugares de destino, proporcionando así imágenes médicas
avanzadas.
Los costos de infraestructura para la incorporación de la nanotecnología a los
servicios de salud serán altos, y hay obstáculos a superar en relación a la protección
de la propiedad intelectual para diferentes sub-sistemas integrados. En esta área, a la
par del desarrollo de las nanotecnologías también se requerirá mucho esfuerzo en
cuando a formación, educación y estrategias integradas de salud.
28
Información y comunicaciones: los nanocables pueden ser utilizados para crear los
dispositivos que son aún más pequeños que lo permitido por la microelectrónica
actual, dando lugar a más millones de transistores en un microprocesador para crear
equipos considerablemente más pequeños y más rápidos. Por otra parte, la
nanotecnología dará lugar a una revolución en sensores inteligentes, nuevos
dispositivos semiconductores, microprocesadores, memorias y dispositivos de
almacenamiento, así como aplicaciones en optoelectrónica, electrónica molecular y
computación cuántica. Para ello se requerirá de avanzados procesos de fabricación y
novedosos nanomateriales, para satisfacer las necesidades futuras en este sector.
Medio ambiente: una de las líneas fuertes que se investiga y desarrolla es la
relacionada con la aplicación de la nanotecnología en la remediación ambiental. Estas
tecnologías incluyen: nanopartículas de hierro para oxidar los contaminantes
orgánicos, separación de metales pesados (mercurio, plomo, arsénico) mediante
materiales nano-porosos, o el uso de dendrímeros poliméricos para atrapar y separar
contaminantes.
Se mencionan además algunas aplicaciones vinculadas específicamente al
tratamiento de aguas. Tal es el caso de: la eliminación de contaminantes en agua
potable y aguas residuales (trazas de metales pesados y compuestos orgánicos), el
mejoramiento de las membranas haciendo más selectivo el proceso de separación, y
el desarrollo de nano-superficies para incrementar la superficie de las reacciones.
Otros usos innovadores incluyen nuevos enfoques para el uso de nanomateriales
cerámicos en aditivos de combustible para mejorar la eficiencia y reducir los
contaminantes del aire.
2.4 Luther, W., marzo 2004, International Strategy and Foresight Report on
Nanoscience and Nanotechnology.
El estudio “Estrategia Internacional e informe de prospectiva sobre Nanociencia y
Nanotecnología” fue elaborado en el año 2004 a petición del Departamento de
Análisis de Sistemas del Risoe National Laboratory, de Dinamarca. La autoría está a
29
cargo del Dr. Wolfgang Luther, como consultor de VDI Technologiezentrum GmbH,
experto en prospectiva tecnológica y análisis socio-económico en el área de la
nanotecnología.
En este detallado informe se intentan ilustrar los principales avances y, sobre todo,
las oportunidades futuras de desarrollo de las nanotecnologías en varios sectores
industriales, y especialmente en las áreas clave: información y comunicaciones,
transporte, salud, energía, medio ambiente y alimentación. Según la visión de este
autor, las aplicaciones de mayor impacto serán las que se describen a continuación:
Información y comunicaciones: algunos de los componentes y aplicaciones
relevantes en este sector serán:
Sistemas de almacenamiento y procesamiento de datos: la nanotecnología tiene el
potencial para la producción de memorias masivas miniaturizadas ultra integradas,
con densidad de almacenamiento extremadamente alta y un alto rendimiento de
trabajo en los sistemas informáticos. Además se logrará el uso de memorias MRAM,
como sustituto de las memorias DRAM debido a sus características especiales como
la no volatilidad de los datos y el menor consumo de energía. También están en
desarrollo las memorias de datos basadas en moléculas biológicas o puntos
cuánticos (quantum dots).
Monitores/pantallas: se apostará por pantallas delgadas y ligeras de bajo costo y
consumo mínimo de energía, sobre un sustrato flexible. Las pantallas
nanotecnológicas más prometedoras son las de diodos orgánicos emisores de luz
(OLED) o las pantallas de emisión de campo basada en nanotubos de carbono (CNT-
FED). Para ambos tipos hay un gran potencial de mercado, si se superan las actuales
barreras tecnológicas.
Electrónica móvil: el escenario para futuras aplicaciones de la electrónica móvil
incluye la electrónica portátil (en textiles fibras), para fines sanitarios, de vigilancia, o
para uso en telecomunicaciones; así como los dispositivos de realidad virtual en el
lugar de trabajo o de ocio, y los dispositivos manuales multifuncionales.
30
Otro frente abierto es el relacionado con las fuentes de alimentación de los
dispositivos móviles y los circuitos integrados para apoyar a todos los subsistemas.
La nanotecnología puede mejorar significativamente el suministro de energía con la
gama de baterías y pilas de combustible en miniatura, los convertidores
termoeléctricos o las celdas solares.
Transporte: las propias características de la industria automotriz hacen que sea un
mercado fértil para la introducción de la nanotecnología. Algunas de las tecnologías
que se encuentran en etapas de investigación y desarrollo son: los nanomateriales
compuestos para neumáticos con mayor adherencia y resistencia a la abrasión; el
uso de materiales más ligeros y resistentes en vehículos de transporte; los polímeros
con refuerzo de nanopartículas; las mejoras de la tecnología de celdas de
combustible y almacenamiento de hidrógeno; los sensores y componentes
electrónicos basados en la nanoelectrónica; el uso de nanopartículas catalizadoras
como un aditivo para el combustible y, más a largo plazo, los compuestos de
nanotubos de carbono para las estructuras ultra-ligeras y revestimientos self-healing.
Medicina y salud: las principales aplicaciones se llevarán a cabo en relación con el
diagnóstico por imagen, la mejora de la imagen por resonancia magnética [MRI] y
ultrasonido; en el diseño de sistemas de liberación de fármacos; así como en la
biocompatibilidad de los materiales. Los nanotubos representan un mecanismo
eficaz para la administración de medicamentos, actuando como un "contenedor" y
como un sistema de "nano-inyección" en las células. Las terapias hipertérmicas
también serán uno de los tratamientos más prometedores para las enfermedades de
cáncer a lo largo de las próximas décadas. Se espera que los diagnósticos sean más
rápidos a través de los avances en dispositivos lab-on-chip.
Los nanocompuestos de aleaciones de titanio se pueden utilizar para mejorar la
biocompatibilidad y la duración de los implantes y dispositivos de cirugía. La
nanoestructuración de superficies puede favorecer el agarre del celular y permitir que
las células formen tejidos definidos. Se trabaja en la incorporación de polímeros
biodegradables para actuar como “andamios” para el desarrollo de tejidos. Las partes
dañadas del cuerpo podrían ser sustituidas gracias a los avances en la ingeniería
tisular.
31
En el largo plazo, la nanotecnología permitirá rápidamente la secuenciación de ADN
de un individuo, y con ello determinar la susceptibilidad genética de la enfermedad,
así como las intolerancias y las tasas de metabolismo del fármaco
(farmacogenómica).
Energía y medioambiente: la nanotecnología tiene potencial prometedor en todos los
segmentos del sector energético: producción, almacenamiento, distribución y uso de
la energía.
Producción de energía: el control preciso de la materia a nivel atómico y molecular es
un requisito para lograr alcanzar la rentabilidad de las energías renovables como la
energía solar fotovoltaica. La fabricación de celdas solares con superficies
nanoestructuradas que contienen nanocapas o nanfilamentos podría aumentar
significativamente la cantidad de electricidad que se obtiene de la luz del sol. Estos
nanomateriales se combinan con elementos electrónicos plásticos para desarrollar
polímeros semiconductores fotovoltaicos ligeros y flexibles.
Almacenamiento de energía: las aplicaciones de la nanotecnología para el
almacenamiento de la energía incluyen el uso de nanopartículas y nanotubos en
baterías y pilas de combustible. Se está trabajando en el mejoramiento del
rendimiento de las baterías recargables, en particular, a través del estudio molecular
de comportamiento electroquímico. Varios grupos están trabajando en las
posibilidades de almacenamiento de hidrógeno en materiales nanoestructurados
(como los nanotubos de carbono, compuestos nanocristalinos de magnesio o
compuestos organometálicos), lo que podría ser aplicado a las pilas de combustible.
Alimentación: nuevas formulaciones de nanopartículas con vitaminas y sus
precursores, tales como carotenoides, para aumentar su biodisponibilidad en el
organismo humano. Otra aplicación en este campo son los materiales de embalaje,
donde el uso de polímeros reforzados con nanopartículas de baja permeabilidad a los
gases, permite mantener los alimentos frescos por más tiempo. En el futuro, se
podrían integrar sensores biológicos y de gases en los materiales de envase para
controlar la frescura de los alimentos.
32
2.5 Executive Office of the President, President’s Council of Advisors on
Science and Technology, marzo, 2010, Report to the President and Congress
on The Third Assessment of The National Nanotechnology Initiative.
El Tercer Informe de Evaluación de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología, fue
elaborado en marzo del 2010 por Consejo Presidencial de Asesores en Ciencia y
Tecnología (PCAST), como grupo encargado de dar asesoramiento científico y
tecnológico a la Casa Blanca, a Departamentos del Gabinete Presidencial y a otras
Agencias Federales de Estados Unidos. El mismo propone una serie de medidas y
cambios, como parte de la Iniciativa Nanotecnológica Nacional (NNI), que según los
expertos son necesarios para mantener el liderazgo de Estados Unidos en el sector,
el cual se ve amenazado por países con desarrollos muy acelerados. El informe
presenta una amplia visión prospectiva de los desarrollos tecnológicos y los
escenarios más esperados para los próximos 10 años, o sea, con vistas al año 2020.
Según plantea el informe, la investigación básica seguirá siendo un componente
crítico de la cartera de investigación y la NNI seguirá proporcionando una estructura
organizativa que promueva la investigación transversal en función de mejorar la
competitividad económica. Los desarrollos tecnológicos futuros más probables se
esperan en las siguientes áreas.
Salud: entre las líneas prioritarias de desarrollo están las aplicaciones médicas. Por
ejemplo, la integración de la nanotecnología al diagnóstico por imágenes con el uso
de nuevos agentes de contraste, la obtención de imágenes ópticas, mejores
imágenes por resonancia magnética y ultrasonido. Además, se habla del uso de
nanosensores para la detección de biomarcadores clínicos para lograr mayor
sensibilidad, especificidad y menores costes en comparación con los ensayos
existentes. Por otro lado, el uso de formulaciones de nanopartículas para fármacos
convencionales y su administración, con el fin de aumentar la capacidad de
suministro de fármacos a órganos y tipos de células específicos. Otras de las líneas
comentadas en el informe se refieren a la medicina regenerativa y a la seguridad
alimentaria.
33
Electrónica: el uso del grafeno y de semiconductores en los transistores permitirá
mejorar el rendimiento y mantener la industria de la electrónica en el camino de la
miniaturización. La comercialización podría ser posible en la próxima década.
TIC: los metamateriales, materiales sintéticos que permiten la manipulación de los
campos electromagnéticos (EM), tienen el potencial para lograr muy significativos
avances en las tecnologías de la comunicación. Las primeras aplicaciones sencillas
pueden llegar al mercado en 10 años.
Energía: la industria de los catalizadores y los procesos catalíticos se apoyarán en la
nanotecnología para proporcionar una amplia variedad de productos y para contribuir
a un medio ambiente más limpio. Aquí el informe destaca el uso de convertidores
catalíticos para eliminar contaminantes de escape de los automóviles. Las baterías de
alta potencia y de carga rápida usadas en varios dispositivos eléctricos inalámbricos
incorporarán electrodos a escala nanométrica.
El uso de nanocables termoeléctricos de silicio podría bajar el costo de los
dispositivos termoeléctricos que convierten el calor en electricidad, allanando el
camino para una adopción más amplia y generalizada de la recuperación de calor a
partir de residuos. Se estima que se necesitan otros 10 años de desarrollo antes de
que los nanocables de silicio termoeléctricos estén listos para su utilización. Otra
línea de la que se espera un desarrollo prominente en los próximos cinco años es la
de las celdas solares plasmón mejoradas, con nanopartículas metálicas.
Productos de consumo: partículas a nanoescala se están utilizando cada vez más
como ingredientes de los cosméticos, protectores solares y productos alimenticios.
2.6 Bontoux, T. and Warwick T., febrero 2010, UK Strategy for
Nanotechnology.
El estudio, realizado en febrero del 2010, con la autoría de Dr. Thierry Bontoux (TBx
Consulting Ltd) y Mr. Tom Warwick (NanoInk Inc.), resume la opinión de 46
34
investigadores científicos considerados como referentes en el área de la
nanotecnologías en el Reino Unido. Se tomaron en cuenta sus criterios sobre las
oportunidades y los desafíos futuros vinculados a la investigación en nanotecnología
en dicho país.
Como resultado se presenta un grupo de recomendaciones a los decisores en
políticas de educación, estrategias de desarrollo e industria, con el objetivo de lograr
una posición competitiva en temas de biotecnología y recuperar el liderazgo del país
en industrias como microelectrónica y las telecomunicaciones. Entre las principales
oportunidades y retos futuros para el sector se mencionan los siguientes:
Energía: los autores apuestan por las aplicaciones nanotecnológicas en casi todos los
temas de energía renovable, almacenamiento de energía, y las células fotovoltaicas.
Salud: la nanobiología, el diagnóstico y la administración de medicamentos son los
campos de la investigación de mayores perspectivas de desarrollo futuro. Si bien la
industria farmacológica es una de las más importantes y bien representadas en el
Reino Unido, aún no se ha logrado una apuesta fuerte de las nanotecnologías en esta
área, debido a que no se han percibido en toda su magnitud los beneficios que se
pueden alcanzar. Es por ello que se requiere un trabajo profundo de sensibilización
previo.
TIC y electrónica: se trabaja en soluciones que pasan por el desarrollo de nuevos
micro-chips, la espintrónica y la computación cuántica. A pesar de que Reino Unido
no tiene una industria local de semiconductores, hay áreas con menores barreras
tecnológicas en las que los desarrollos pueden ser mucho más palpables. Estos
incluyen el procesamiento de la información sin disipación de calor que permite la
electrónica para trabajar más rápido con menos energía, donde se pueden obtener
resultados tecnológicos comercializables en un corto plazo. Otra de las líneas
tecnológicas a tener en cuenta es la relativa a los futuros circuitos integrados con
mayor capacidad de conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS).
35
2.7 European Commission, European Initiative on Nanoscience and
Nanotechnology, febrero 2009, GENNESYS White Paper 2009.
El informe del 2009 del proyecto europeo GENNESYS, consiste en un extenso estudio
de cinco años sobre las necesidades y oportunidades para la coordinación de las
actividades de investigación y desarrollo futuro de la nanotecnología. El proyecto se
realiza en colaboración con más de 600 expertos de todo el mundo, y aporta un
panorama general de los desarrollos actuales y futuros en el amplio espectro de los
nanomateriales. Se analizan los avances de estas tecnologías en áreas claves que
abarcan: TIC, salud y medicina, energía, medio ambiente y cambio climático, así
como en la esfera del transporte.
TIC: el futuro de la industria de las tecnologías de la información depende en gran
medida de la exitosa creación de nuevos dispositivos con mayores funcionalidades,
mayor flexibilidad, fiabilidad y mejor rendimiento. La nanoelectrónica permitirá lograr
estos objetivos, así como otras muchas aplicaciones en fotónica e informática en los
próximos 20 años. En microelectrónica y fotónica, los nuevos desarrollos pasan por la
comunicación y la computación cuántica, el almacenamiento de datos utilizando
nuevos materiales y conceptos tales como: semiconductores magnéticos y la
espintrónica. La mayoría de estos conceptos están basados en nanoestructuras.
Salud - aplicaciones biológicas y médicas: el mayor impacto en este campo se
espera en lo relacionado con los sistemas de administración y liberación de fármacos
para el control de la enfermedad. Los nuevos sistemas de liberación controlada de
medicamentos que utilizan nanoingeniería, permiten la administración de
medicamentos de forma más sencilla y precisa. La entrega de la cantidad de
medicamentos necesarios a los pacientes ayuda a disminuir la cantidad de drogas y
el impacto de la contaminación, ya el exceso suele ser liberados en el medio
ambiente.
Alimentación: la creciente demanda por una mayor producción de alimentos y un
procesamiento eficiente, lleva a la exploración y el uso de las tecnologías que
implican la manipulación de materiales a nanoescala, para obtener nuevas
36
formulaciones de alimentos, por ejemplo para personas con alergias o trastornos de
la nutrición.
Energía: se pueden lograr cambios en la manera de convertir y usar la energía,
proporcionando un modo sostenible, limpio y más eficiente, con el objetivo de
descarbonizar el sistema energético.
Medio ambiente: la nanotecnología ayudará a resolver problemas como la
remediación de suelos y aguas subterráneas, la purificación del aire y la detección de
contaminantes. Por otra parte, se plantea que la mejor predicción del cambio
climático está directamente relacionada con la comprensión del papel que
desempeñan los aerosoles (nanopartículas) en la atmósfera.
Seguridad y protección: la nanotecnología traerá nuevas respuestas para la
prevención y protección contra las amenazas de terrorismo, o contra los riesgos
naturales y accidentes industriales.
2.8 European Commission, High-Level Group European Technology Platform
on NanoMedicine, Nanotechnology for Health, septiembre 2005, Vision Paper
and Basis for a Strategic Research Agenda for NanoMedicine.
El estudio de la Comisión Europea del año 2005 titulado “Visión y Bases para una
Agenda Estratégica de Investigación en Nanomedicina” presenta la visión prospectiva
de expertos, científicos e investigadores de la industria y la academia, sobre las
prioridades futuras de investigación en nanomedicina en Europa. El documento
describe los principales desafíos que será necesario afrontar en esta área y los
desarrollos tecnológicos esperados para el año 2020.
Entre las principales conclusiones derivadas de tal informe, está la recomendación de
crear una Plataforma Tecnológica Europea (ETP) en nanomedicina, encargada de
identificar los principales problemas socioeconómicos que afectan a Europa en la
prestación y garantía de un alto nivel de salud a la población, alta calidad de vida, y
37
con la prioridad en el uso de terapias innovadoras y rentables.
En particular, se identificaron tres áreas de investigación como base de la Agenda de
Investigación Estratégica (SRA) en este campo: diagnósticos basados en la
nanotecnología, liberación y administración de fármacos y lo referente a medicina
regenerativa.
Diagnóstico basado en nanotecnologías: la aplicación de la microbiotecnología y
nanobiotecnología en el diagnóstico médico se puede agrupar en dos áreas,
diagnóstico in-vitro (biosensores y dispositivos integrados) e in-vivo (dispositivos
implantables, imágenes médicas).
Diagnóstico in vitro: el objetivo final es la detección rápida, confiable, específica y
rentable de unas pocas moléculas (o incluso una sola molécula) en una muestra
compleja, no amplificada y sin etiqueta biológica. Los principales desarrollos
tecnológicos en esta área pasan por la búsqueda de dispositivos lab-on-chip de bajo
costo y fáciles de usar, para la prevención y control de enfermedades, dirigidos al
punto específico de tratamiento. Para ello se apuesta por polímeros conductores, o
por el uso de elementos sintéticos de reconocimiento como sensores. Otro de los
desafíos es la obtención de dispositivos complejos integrados basados en la micro y
la nanofluídica avanzada y utilizando, por ejemplo, canales activos funcionalizados.
También se comenta el tema de los sensores biomiméticos.
Diagnóstico in-vivo (nano-imagen): el objetivo de la investigación en este caso es la
creación de agentes de detección o nanoestructuras de contraste de alta
sensibilidad, altamente fiables, que también puedan supervisar el tratamiento. Se
trabaja por tanto, en el diagnóstico precoz, el tratamiento y el control de la terapia,
que se engloban en el concepto de teranóstica.
Sistemas de detección: un importante objetivo para los próximos años es el
desarrollo cámaras clínicas eficientes, a precios razonables, capaces de adquirir
imágenes de cuerpo entero en un solo paso y la realización de varios estudios de
isótopos, particularmente importante para la detección del cáncer.
38
Un enfoque muy prometedor es la combinación de diferentes modalidades de
imagen, por ejemplo, la tomografía por emisión de positrones con imágenes de
resonancia magnética, resonancia magnética nuclear con ultrasonidos o con mapeo
cerebral por electroencefalograma basado en ultrasonido con tecnologías ópticas. En
principio, esto va a requerir el uso de nanopartículas fluorescentes como emisores de
la señal.
El desarrollo de nuevas interfaces con superficies nanoestructuradas funcionalizadas
podría mejorar el monitoreo continuo de los parámetros biológicos. En este sentido,
se precisa fortalecer la investigación para mejorar los métodos de análisis y
visualización de imágenes, tales como la reconstrucción óptica en tiempo real, la
tomografía intracelular, realidad virtual, la holografía, imágenes en vivo de los
catéteres ópticos, y mejores herramientas endoscópicas.
Nano sondas: el desarrollo de nano sondas es un campo muy activo en la
miniaturización de dispositivos complejos adaptados a imágenes in-vivo. Los
principales temas a desarrollar son la especificidad y la capacidad de penetrar en la
célula.
Terapias anti cáncer: se menciona la posibilidad de hacer un mapeo de distribución
de células cancerosas utilizando puntos cuánticos y la aplicación de la termoterapia o
el tratamiento térmico, así como la visualización de bio-agentes terapéuticos. La
nanotecnología tiene una mayor aplicación en los dispositivos de transfección para
usos terapéuticos. Un ejemplo sería el desarrollo de dispositivos que pueden
atravesar las barreras biológicas (como la barrera sangre-cerebro) para llevar agentes
terapéuticos en altas concentraciones directamente a las células cancerosas y los
tejidos vecinos que juegan un papel fundamental en la propagación de la
enfermedad.
Dispositivos implantables para diagnóstico in-vivo: la nanotecnología también tiene
muchas implicaciones para dispositivos de diagnósticos in-vivo, tales como la píldora
ingerible y los nuevos instrumentos endoscópicos. La medición continua e inteligente
de marcadores en sangre constituye un verdadero mercado para los dispositivos
implantables. La miniaturización con menor invasividad, en combinación con la
39
funcionalización de superficies ayudará a aumentar su aceptación en el organismo.
Liberación y administración de fármacos: las nanopartículas y las nano formulaciones
ya se usan como sistemas de administración de fármacos con gran éxito, y los
sistemas de liberación controlada de nanopartículas tienen un potencial aún mayor
para muchas aplicaciones, incluyendo la terapia anti-tumoral, la terapia génica, la
terapia contra el SIDA, la radioterapia, en la entrega de las proteínas, antibióticos,
vacunas, y como vesículas para atravesar la barrera sangre-cerebro.
Medicina regenerativa: gracias a la nanotecnología, se han establecido ya las bases
celulares y moleculares para el desarrollo de la tercera generación de biomateriales y
con ello de las estructuras “andamio” para la ingeniería, la regeneración y la
reparación de tejidos in-situ, con una cirugía mínimamente invasiva.
Para alcanzar estos objetivos, se propone encaminar la actividad de investigación
hacia: el desarrollo de biomateriales “inteligentes” y multifuncionales; la micro y nano
fabricación para la creación de estructuras que controlen diferencialmente la
adhesión, la proliferación y la función celular; las nuevas generaciones de polímeros
sintéticos que pueden cambiar su conformación molecular en respuesta a los
cambios en los estímulos externos (temperatura, pH, campo eléctrico o el estado
energético); nanorrevestimientos bioactivos; así como hacia los sensores para la
evaluación de la actividad de la interfaz y el progreso de integración del implante.
Por otro lado, está la investigación con células madre y la posibilidad de diseñar una
nueva generación de biomateriales que actúen como sensores para la activación de
genes; así como las pruebas de toxicidad in-vitro e in vivo de las nanopartículas
artificiales.
2.9 European Commission, European Technology Platform on
NanoMedicine, octubre 2009, Roadmaps in Nanomedicine: Towards 2020.
Este informe publicado en el 2009 resume el proceso de análisis llevado a cabo por la
Comisión Europea y la Plataforma Tecnológica Europea (ETP) sobre nanomedicina, y
40
cuenta con el apoyo de expertos de la industria y la academia. El objetivo fue
identificar las tendencias de investigación y sus impactos futuros en aplicaciones,
productos y mercados, así como identificar las áreas claves para destinar la
financiación, según el potencial comercial y el impacto en la salud humana.
En este caso se tiene como antecedente al estudio “Visión y Bases para una Agenda
Estratégica de Investigación en Nanomedicina”, y se centra igualmente en las áreas:
diagnóstico basado en nanotecnologías (incluyendo imagen), nano sistemas de
administración - liberación de fármacos y medicina regenerativa. En nano-diagnóstico
hay dos áreas prioritarias que son: el diagnóstico in-vitro y el diagnóstico in-vivo o
nano-imagen.
En el caso del diagnóstico in-vivo por imagen, se trabaja en el mejoramiento de los
sistemas cuantitativos existentes, o en la búsqueda de nuevos sistemas, así como en
el desarrollo de nuevos agentes de contraste. Por su parte, en el diagnóstico in-vitro
se trabaja en el desarrollo de instrumentos nano analíticos de alta resolución espacial,
mayor sensibilidad y rango de información, mayor rapidez, e instrumentos
integrados; así como en lograr una mejor sensibilidad y fiabilidad en los métodos de
detección con menores tamaños de muestra y muestras complejas, o en la detección
precoz de bajas concentraciones de marcadores de la enfermedad; y la integración
de diferentes tecnologías para proporcionar datos complementarios de análisis de
múltiples parámetros.
En cuanto a los sistemas terapéuticos, se espera que la nanotecnología revolucione
sobre todo los sistemas de liberación de fármacos. Mientras que en medicina
regenerativa se promueve el desarrollo de biomateriales “inteligentes”
multifuncionales y el uso de células madre para comprender todo el potencial y la
plasticidad de las células madre adultas.
2.10 Roco, M.C.; Mirkin, C.A.; Hersam, M.C., septiembre 2010, Nanotechnology
Research Directions for Societal Needs in 2020. Retrospective and Outlook.
El documento: “Directivas para la Investigación en Nanotecnología según las
41
necesidades de la sociedad en el año 2020. Retrospectiva y Perspectiva“, presenta el
impacto científico, tecnológico y social de la nanotecnología a nivel global, así como
de las oportunidades y líneas de investigación previstas para el año 2020. Esta visión
para el futuro bajo la autoría de Mike Roco, Chad Mirkin y Marcos Hersam, se basa
en el criterio de expertos estadounidenses y participantes de otros 35 países.
Se incluye un resumen del estudio realizado como apoyo a la Iniciativa
Nanotecnológica Nacional (NNI) y tiene como objetivo redefinir los objetivos de la
I+D (investigación y desarrollo) en materia de aplicaciones a nanoescala y su
integración con la ingeniería, así como proponer una estrategia adecuada a los
responsables en el mundo académico, la industria y el gobierno. Los principales
objetivos y logros que se esperan para el 2020 se centran en las siguientes áreas
tecnológicas:
Medio ambiente y desarrollo sostenible: se plantean algunas alternativas como las
aplicaciones nanotecnológicas a los sistemas fotocatalíticos solares y a los sistemas
de separación para extracción de agua, energía y elementos aprovechables de las
aguas residuales; la integración de nanopartículas y nanofibras funcionales en
sistemas de bioremediación ambiental; la captura de carbono y nitrógeno mediante
nanoestructuras y su reutilización industrial; así como el desarrollo de proyectos de
geoingeniería para el control de calentamiento global, biodiversidad y seguridad
ambiental.
Energía: destacan los desarrollos encaminados a promover el uso económico y
masivo de nanotecnologías para la conversión solar de energía, incrementando la
eficiencia y disminuyendo costes de instalación y producción de energía solar; el uso
de nanopartículas y puntos cuánticos (quantum dots) en dispositivos fotovoltaicos y el
mejoramiento de baterías de vehículos eléctricos mediante la nanotecnología.
Nanobiosistemas y nanomedicina: el interés se centra en las aplicaciones para el
diagnóstico médico dirigidas al punto exacto de la enfermedad (point-of-care), que
incrementan sensibilidad, selectividad y disminuyen costes; el diagnostico biológico
por imagen; las aplicaciones en nano terapéutica para superar los problemas
relacionados con la farmacocinética (biodistribución, penetración en tejidos y
42
especificidad), eliminación de efectos adversos; los sistemas multifuncionales de
liberación de nanopartículas; la terapia genética para tratamiento de varias
enfermedades incluyendo el cáncer, la ingeniería de tejidos, terapias con células
madre; así como la construcción y reparación de tejidos y órganos.
En general, se debe trabajar en función de lograr un mejor conocimiento de la
interface bio-nano para la determinación efectiva de los riesgos; así como en el
diseño seguro de nanomateriales, métodos de screnning toxicológico predictivo y en
estándares internacionalmente aceptados para el monitoreo de análisis de riesgos de
biomateriales.
Para ello se establecen un grupo de prioridades estratégicas que pasan
necesariamente por continuar con el apoyo a la investigación fundamental, fomentar
las asociaciones entre la industria, la academia, las ONG, organismos y
organizaciones internacionales. Al mismo tiempo, se necesita promover la
coordinación entre agentes mundiales para desarrollar y mantener viables los
estándares internacionales, las nomenclaturas, bases de datos, patentes y otras
protecciones de la propiedad intelectual. Se comenta además la necesidad de apoyar
la integración horizontal y vertical del sistema en la educación, así como crear
organizaciones y programas para financiar y orientar las actividades de I+D en
nanotecnologías.
2.11 R. Moore, mayo 2010, Publicado en European Medical Device
Technology, Mayo 2010, Volume 1, No. 5, Nanoscience and Future Trends in
Medical Technologies.
En este caso se analiza una publicación de R. Moore del Instituto de Nanotecnología
de Stirling del Reino Unido, incluido en la edición de mayo del 2010 de la revista
“European Medical Device Technology”. En ella se ofrece un panorama general de
algunas de las aplicaciones actuales y futuras de la nanotecnología a las tecnologías
médicas y evalúa el impacto que esto puede tener para el sector en los próximos
años.
43
Según este autor, algunas de las contribuciones y los beneficios potenciales que la
nanotecnología puede ofrecer en el campo de la medicina se podrán lograr en un
futuro relativamente cercano. Ello se refiere especialmente a la aplicación en
dispositivos de diagnóstico por imágenes y en las técnicas de implante en medicina
regenerativa.
Diagnóstico médico in-vitro: entre las múltiples ventajas, de la aplicación de la
nanotecnología a los dispositivos de diagnóstico, está la capacidad de analizar
muestras de muy pequeño tamaño, con gran reducción del tiempo de análisis, una
elevada relación entre superficie y volumen que conlleva a un aumento de la
reactividad, un consumo extremadamente bajo de reactivos y la posibilidad de
analizar muchos parámetros de forma paralela. Todo ello resultado de la
miniaturización de los componentes en los sistemas lab-on-chip y la posibilidad de
diseñar sistemas compactos o portátiles con varios módulos disponibles.
Diagnóstico médico in-vivo, imagen: el uso de nanopartículas como novedosos
agentes de amplificación para obtener imágenes puede ofrecer muchas ventajas.
Usando estas tecnologías se puede funcionalizar nanocápsulas recubiertas con
polímeros, dendrímeros y nanoesferas de oro, para la entrega específica y orientada
de los agentes de contraste y los fármacos, por ejemplo: en la quimioterapia. La
aplicación de estos agentes de contraste nanoestructurados debe conducir a
menores requerimientos de la dosis y a una significativa amplificación de la señal.
También puede generar la capacidad de detectar los tumores primarios en una etapa
mucho más temprana de su desarrollo.
Medicina regenerativa: entre los principales desarrollos se comenta el uso de la
nanotecnología para crear “andamios” o estructuras de soporte nanoestructuradas y
biocompatibles, que ayudan al crecimiento celular en procesos de reparación o
regeneración tisular. Estas estructuras pueden ser activas si incorporan materiales o
características que ayudan a influir en el crecimiento celular, o inertes si simplemente
proporcionan una forma y un sustrato físico para la construcción de tejido final.
44
2.12 AIRI/Nanotec IT, enero 2006, Roadmaps at 2015 on Nanotechnology
Application in the Sectors of: Materials, Health & Medical Systems, Energy.
Este informe publicado, en el año 2006, constituye una síntesis de los resultados del
proyecto Nanoroadmap (NRM) co-financiado por la Comisión Europea dentro del
Sexto Programa Marco (FP6). En el proyecto participaron expertos en nanotecnología,
tanto del mundo académico como de la industria, para dar una visión bastante
completa de la situación y las previsiones futuras de este campo tecnológico. Con
este fin se creó un consorcio internacional, integrado por socios procedentes de
ocho países europeos e Israel y liderados por AIRI/Nanotec IT.
El objetivo del proyecto fue realizar un ejercicio de prospectiva con un horizonte de
10 años, analizando la aplicación de las nanotecnologías en el campo de los
materiales, los sistemas médicos y de salud, y en el campo de la energía. De este
informe se derivan importantes estrategias y planes de trabajo para guiar los
progresos en el sector, evaluar oportunidades y problemas de la nanotecnología en
estos sectores y actuar en consecuencia.
Salud: según este informe se espera un impacto muy grande de la nanotecnología en
el sector de la medicina, que puede conducir a un salto cualitativo importante en los
tratamientos y dispositivos médicos, con fármacos de acción más específica, y
mejores sistemas de diagnóstico. En concreto, los nanomateriales funcionalizados
marcarán la interfaz entre la materia viva y los dispositivos técnicos.
Encapsulación de medicamentos, sistemas de administración y liberación: la
administración y liberación de fármacos se espera que sea el área biomédica que
más se beneficie de la nanotecnología en la próxima década. Esta será la plataforma
adecuada para lograr nuevas variantes para administrar los productos farmacéuticos
de forma más eficiente, con la disminución de la dosis efectiva del fármaco y una
reducción de la toxicidad del mismo.
En este sentido, también se exploran los vehículos de entrega para terapias génicas y
la entrega de proteínas terapéuticas en su sitio específico de acción. Dentro de los
próximos 10 a 15 años se espera que aumente considerablemente el número de
45
fármacos diseñados en base al genotipo del individuo. Se supone que en el año 2015
ya estén bien establecidos los mecanismos de liberación eficiente del fármaco, de
modo que las terapias que implican la liberación del fármaco de forma orientada,
probablemente estarán en etapa de su primera aplicación comercial en el año 2015.
No obstante, hay muchos retos y problemas a solucionar para llegar a estos
objetivos, sobre todo en lo relacionado con el conocimiento de la interacción entre
las nanopartículas y los elementos intracorpóreos, así como la evaluación de los
posibles efectos secundarios de las nanopartículas. La escalabilidad de la producción
de nanopartículas es otro desafío, especialmente en la fabricación de
nanoestructuras tridimensionales. De acuerdo con la mayoría de los expertos, el
rango de nanopartículas existentes no es considerado satisfactorio por lo que se
requiere más investigación. Otro tema es el vinculado a los costes y el rendimiento
económico de tales tecnologías.
Imagen molecular / biofotónica: según los expertos, se promoverá la biofotónica y la
Terapia Foto Dinámica (PDT), lo cual resulta altamente prometedor en campos
cruciales como las terapias contra el cáncer. En cuanto a los tipos de nanopartículas
vinculados a tales desarrollos están los dendrímeros, polímeros lineales, fosfolípidos
y las microburbujas. Como agentes de contraste se mencionan fundamentalmente el
gadolinio y óxidos de hierro superparamagnético.
Otra tecnología muy interesante y prometedora en la relacionada con los puntos
cuánticos, que permiten obtener imágenes eficientes multicolores de muestras
biológicas, lo cual será especialmente útil para imágenes de fluorescencia de los
tejidos vivos.
La imagen molecular y la biofotónica beneficiarán sobre todo a lo relacionado con el
tratamiento del cáncer, las enfermedades cardiovasculares y las infecciones virales.
Prevé que para el año 2015 la investigación en estas áreas será suficiente y la Terapia
Foto Dinámica (PDT) de aplicación común.
No obstante, hay una gran cantidad de retos que cumplir. Se necesitan desarrollos
enfocados a obtener sondas biocompatibles y superar las barreras biológicas; lograr
46
mejoras en la sensibilidad de la medición, y en los medios de contraste. Otro punto
importante es el de los posibles efectos secundarios negativos de las nanopartículas
y los costos de I+D, así como las barreras dadas por la propia normativa vigente.
Biochips / analítica de alto rendimiento / dispositivos lab-on-chip: en los próximos 10
años el uso de los biochips incidirá fundamentalmente en la identificación y
secuenciación de genes, el diagnóstico en el punto exacto de la enfermedad point-of-
care, en medicina predictiva, así como en el examen toxicológico de alimentos
(seguridad alimentaria) y en teranóstica.
Se mencionan los desarrollos esperados en los biosensores implantables y en
materiales programables basados en proteínas, como base para lograr nuevas formas
de medición muy sensible de cantidades muy pequeñas de moléculas como:
neurotransmisores, hidratos de carbono, contaminantes, o proteínas. Los expertos
destacan aquí el uso de capas o películas delgadas con biopolímeros y
nanopartículas como los nanomateriales más utilizados en los dispositivos.
De acuerdo con las estimaciones de los expertos, hay tres aplicaciones principales
que debe surgir en los próximos diez años: los dispositivos lab-on-a-chip portátiles;
los biosensores implantables; y las matrices genómicas. Los dispositivos lab-on-a-
chip portátiles deben tener su primera aplicación comercial en 2010 y ser de
aplicación común en 2015, al igual que los biosensores implantables. Mientras se
supone que los chips basados en proteínas se encuentran un paso por detrás y están
en el 2015 en la etapa de la primera aplicación. Afirma que las matrices genómicas
también serán de aplicación común en el 2015 ya que hay un mercado potencial
importante para estos dispositivos.
En cuanto a los retos a superar en estas tecnologías están: el elevado costo de los
biochips, la estandarización de los ensayos e instrumentos auxiliares, junto con la
precisión y fiabilidad de los mismos. En el caso de los biochips implantables, queda
solucionar temas como la biocompatibilidad y la estabilidad de las biomoléculas
relacionadas con los sensores y por lo tanto la vida útil de este tipo de implante.
Energía: se considera que la nanotecnología tiene muchas posibilidades de impactar
47
en el sector de la energía, desde la producción hasta la transmisión, la distribución, la
transformación y la utilización. Mediante estas tecnologías será posible ofrecer
formas alternativas de generación de energía, almacenamiento y ahorro.
Celdas solares: se mencionan los desarrollos esperados en cuanto a películas, capas
y superficies delgadas; el uso de nanopartículas y materiales nanocristalinos para
aumentar la superficie y el desarrollo de nuevos materiales.
Los puntos cuánticos, pozos cuánticos, nanotubos de carbono, nanocables y
dendrímeros también representan una buena alternativa como materiales para celdas
solares, aunque se considera que es pronto para determinar el impacto de cada una
de estas variantes. En el caso de los puntos cuánticos se cree que merecen una
atención especial dada la elevada eficiencia que aportan. Estos tienen además la
ventaja de poder ser usados tanto en matrices rígidas, como en celdas solares
flexibles.
Para el 2015 se espera que la incorporación de materiales nanocristalinos en las
celdas solares sea una aplicación común. Para este mismo año se estima que la
tecnología de las celdas solares basadas en puntos cuánticos esté un poco más
rezagada en cuanto a la aplicación comercial, sin embargo, resulta muy prometedora
por su mayor rendimiento.
Los principales retos de las tecnologías de celdas solares son la reducción de los
costes de fabricación, asociados con los procesos ecológicos y con el aumento de la
eficiencia de conversión de energía. A estos hay que añadir también la necesidad de
mejorar la fiabilidad y vida útil.
Termoelectricidad: en los próximos años la nanotecnología aportará materiales con
alta eficiencia y por lo tanto, mayor eficiencia para los generadores termoeléctricos y
dispositivos de refrigeración. Los principales desarrollos estarán relacionados con las
películas delgadas, los materiales nanocristalinos, las nanopartículas y las
superredes.
Las aplicaciones actuales en este mercado son limitadas y las tecnologías evaluadas
48
por los expertos están, en su mayoría, en la fase de investigación básica o aplicada.
Para el año 2015 se espera la aplicación en dispositivos específicos, con las primeras
aplicaciones (por ejemplo, la generación de energía a partir de calor residual de los
vehículos).
El principal desafío en el campo de la termoelectricidad es la identificación y
desarrollo de nuevos materiales. Uno de los problemas más importantes es la
síntesis de materiales nanoestructurados a gran escala y, en particular, su aplicación
en películas delgadas. En la actualidad, los materiales con los valores más altos TE se
producen a escala de laboratorio. Una barrera no tecnológica indicado los expertos es
el acceso a la infraestructura y el aumento de los costos de los equipos.
Baterías recargables y supercapacitores: en esta área se destacan los
supercapacitores que utilizan materiales nanoestructurados, como el carbono poroso,
en lugar de las placas de metal estándar. Como no hay procesos electroquímicos,
estos son más estables que las baterías recargables y tienen una vida útil
prácticamente ilimitada. Según los expertos, los avances en este campo pueden
jugar un papel muy importante para superar las limitaciones de los actuales
dispositivos de almacenamiento de energía y las fuentes de alimentación de muchos
dispositivos portátiles.
Las tecnologías más relevantes estarán relacionadas con las nanopartículas o
materiales nanocristalinos, las películas, capas y superficies delgadas, los nanotubos
de carbono y nanocables. Para el año 2015 se espera que los súper capacitores de
alta densidad de energía sean de aplicación común.
2.13 Joint Economic Committee, United States Congress, marzo 2007,
Nanotechnology: The Future is Coming Sooner Than You Think.
Este informe del Comité Económico Conjunto del Congreso de Estados Unidos, de
marzo del 2007, analiza la amplia gama de aplicaciones nanotecnológicas y su
impacto en las ciencias modernas. El mismo presenta la visión prospectiva y estima
49
la evolución más probable en el horizonte del año 2020 para estas tecnologías en
varios sectores de interés. El documento también revisa la política del gobierno de
los Estados Unidos en materia de nanotecnologías y hace algunas sugerencias para
su mejora.
Salud: según sus autores, entre el 2010 y el 2015, la progresión de la nanotecnología
se centra en los sistemas de nano sistemas. Consideran que sería una etapa de
ensamblaje y coordinación de las nano herramientas disponibles donde se persigue
el objetivo de que cada uno de los principales componentes pueda constituirse en un
elemento de una red, con el necesario intercambio de información durante el
proceso. Se plantea el caso de las aplicaciones en medicina regenerativa, donde se
espera que las nanoestructuras se puedan auto-ensamblar para formar un entramado
en el cual puedan crecer los tejidos.
También se esperan avances en el desarrollo de pequeños dispositivos nano
electromecánicos que podrían buscar células cancerosas y eliminar su capacidad
diseminativa. En esta etapa comenzarían a reflejarse en los productos los importantes
avances de la robótica, la biotecnología, y las nuevas tecnologías de generación de
información.
Por su parte, el periodo comprendido entre el año 2015 y el 2020, será la etapa de los
nanosistemas moleculares que consiste en el diseño inteligente de los dispositivos
moleculares y atómicos, y también de sus aplicaciones. Ejemplo de ello serán las
moléculas multifuncionales, las intervenciones subcelulares, y la biomimética.
Se comenta además sobre los nanodispositivos que pueden recorrer el organismo,
reparando el ADN de las células dañadas, controlando las condiciones vitales y
mostrando datos en un formato legible en las células de la piel en una forma similar a
un tatuaje. Se estima que durante este periodo puede ser posible que los
ordenadores puedan operar mediante la lectura de las ondas cerebrales del operador.
TIC y electrónica: se esperan desarrollos en almacenamiento de información y
dispositivos de memoria nanométricos, con la capacidad de gestionar cantidades
cada vez mayores de información, obtenida de una amplia red de sensores. También
50
se comenta sobre los circuitos integrados con mayor capacidad de conmutación y de
almacenamiento de información (post-CMOS).
Energía y almacenamiento: se comenta el uso de “súper-capacitores", que permiten
el almacenamiento de grandes cantidades de energía y de forma más eficiente.
El plan estratégico de la NNI establece cuatro objetivos principales: mantener la
investigación a nivel mundial y programas de desarrollo para aprovechar plenamente
el potencial de la nanotecnología; facilitar la transferencia de la nanotecnología en los
productos a favor del crecimiento económico, empleo y otros beneficios públicos;
desarrollar los recursos educativos, una fuerza laboral capacitada y la infraestructura
de apoyo para avanzar en la nanotecnología; y apoyar el desarrollo responsable de la
nanotecnología.
2.14 European Science Foundation. “Nanomedicine. An ESF – European
Medical Research Councils (EMRC) Forward Look report”. (2005)
A principios de 2003, el Medical Standing Committee of European Science
Foundation- ESF (EMRC) inició el European Science Foundation’s Forward Look on
Nanomedicine. El objetivo de este estudio fue reunir a expertos europeos de la
academia y la industria para:
discutir el impacto futuro de la nanomedicina en la práctica de la salud y la
sociedad.
Revisar el actual estado del arte de la investigación en nanomedicinas.
Identificar las fortalezas y debilidades de Europa.
Entregar recomendaciones sobre: a) las tendencias futuras de investigación y
prioridades para la financiación. b) Las infraestructuras de la organización y la
investigación necesaria a nivel nacional y europeo para el apoyo coordinado de las
actividades científicas. c) Los mecanismos necesarios para facilitar la efectiva
difusión de información al público en general y los responsables políticos.
Se fijan áreas prioritarias en nanomedicina (2005-2010).
51
Tecnología de ingeniería para inmovilizar células o moléculas sobre
superficies.
Programas para generar plataformas reproducibles y fiables de integración de
micro y nanotecnologías.
Métodos para depositar dichas plataformas y sus componentes.
Gestión proactiva de riesgos con una inmediata retroalimentación para el
desarrollo de la nanomedicina.
Aplicaciones clínicas.
Desarrollo de sensibilidad satisfactoria en métodos in vivo.
Desarrollo de sistemas de diagnóstico in vivo no invasivo.
Dispositivos parenterales implantables o inyectables.
Áreas prioritarias en nanomedicina en los próximos 10 años (2005-2015)
Comprensión de la célula como un sistema complejo 3D.
Métodos bioanalíticos para el análisis de una sola molécula.
Nanosensores de análisis múltiple y complicado para la medición in vitro de
redes bioquímicas, genómicas y proteómicas, su dinámica y regulación.
Nanosensores in vivo con sensores móviles, funcionales, controlados
telemétricamente.
Huellas digitales rápidas de todos los componentes en muestras de sangre.
2.15 Ministry of Science Technology and Innovation. “Technology Foresight on
Danish Nanoscience and Nanotechnology” (2004)
Hacia 2020 Dinamarca estará entre los líderes mundiales absolutos con respecto al
dominio de la nanotecnología dentro de las áreas seleccionadas y su aplicación
industrial incrementará el crecimiento y el empleo, aportando novedosas soluciones a
las necesidades más importantes de la sociedad. Esta es la visión que ofrece el
Steering Group on Technology Foresight on Nanotechnology designado por el
Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de ese país. Para la selección de los
52
temas de interés se tuvieron en cuenta los siguientes criterios:
que fuesen temas relevantes para la industria (tanto para las empresas
existentes como para las futuras empresas en mente) y la sociedad;
Focalización en áreas de alta prioridad en la actualidad, o, en su defecto, áreas
con posibilidades de crear excelencia científica y tecnológica, junto con un gran
potencial para el continuo desarrollo científico y tecnológico.
Áreas y temas de interés global para la industria, la investigación y la
sociedad, que aunque no han sido objetivo de las investigaciones en Dinamarca,
puedan ser de gran importancia estratégica para dicho país y por lo tanto haya que
priorizar.
El Steering Group ha identificado siete áreas generales de la nanotecnología
especialmente prometedoras:
nanomedicina y liberación de fármacos.
Materiales biocompatibles.
Nanosensores y nanofluidics.
Electrónica plástica.
Nano-óptica y nanofotónica.
Nanocatalysis, tecnología del hidrógeno, etc.
Los nanomateriales con nuevas propiedades funcionales.
2.16 Ottilia Saxl. Nanotechnology – a Key Technology for the Future of Europe
(2005)
Tomando como punto de partida los resultados del informe “Millennium Ecosystem
Synthesis” y basándose en los documentos de la Unión Europea: “Towards a
European Strategy for Nanotechnology” y “Converging Technologies – Shaping the
Future of European Societies”, este informe identifica, en relación con los puntos
fuertes de Europa, dónde la investigación en nanotecnología debe ser centrada para
la próxima década. El objetivo de esta investigación es descubrir novedosas
53
nanotecnologías que puedan disminuir, o proporcionar alternativas a algunas de las
actividades humanas, que de forma más severa afectan el equilibrio ecológico del
planeta.
2.17 Arnim Wiek, Lukas Gasser, Michael Siegrist. Systemic scenarios of
nanotechnology: sustainable governance of emerging technologies (2009)
Esta publicación presenta un estudio de escenarios sobre posibles desarrollos
futuros de la nanotecnología en Suiza (2020 como año de referencia). El estudio
empleó una metodología de escenario funcional y formalizado, considerando el
análisis de sistemas, análisis de consistencia y la colaboración interdisciplinaria. Se
presentan cinco imágenes discretas del futuro de la nanotecnología en Suiza.
En el núcleo de los escenarios, se definió la situación del mercado para una variedad
de aplicaciones nanotecnológicas. El enfoque adoptado no es lo suficientemente
específico para cubrir las particularidades de todas las aplicaciones de las
nanotecnologías que podrían entrar en el mercado en los próximos 15 años. En este
sentido, los investigadores anclaron el estudio en una corriente de "co-evolución" de
proyectos, iniciativas e instituciones que tratan un amplio espectro de aplicaciones
nanotecnológicas, desde una perspectiva socio-técnica, por ejemplo, Project on
Emerging Nanotechnologies at the Woodrow Wilson International Center for Scholars
in Washington, DC; the Center for Nanotechnology in Society at Arizona State
University; the Center for Nanotechnology in Society at the University of California,
Santa Barbara; así como otras iniciativas similares en Europa y Asia. De acuerdo con
estas aportaciones, los autores de este trabajo suponen que hay características
comunes fundamentales de las aplicaciones nanotecnológicas en relación con la
innovación y la difusión, que permiten la adopción de una aproximación tipológica
para hacer frente a las innumerables aplicaciones en desarrollo
2.18 Karen F. Schmidt. Project on emerging nanotechnologies. Nanofrontiers.
Visions for the future of nanotechnology (2007)
54
Este informe recoge los resultados del debate efectuado en el Taller NanoFrontiers,
celebrado en febrero de 2006 en Washington D.C., copatrocinado por el Project on
Emerging Nanotechnologies, National Institutes of Health, and National Science
Foundation. La premisa de la reunión fue la de explorar los avances científicos y
tecnológicos y las promesas de la nanotecnología con una amplia gama de expertos
de varias disciplinas.
El esfuerzo de los organizadores de este taller por tratar de diseñar un mapa a largo
plazo de la nanotecnología, les llevó a reunir una serie de científicos e ingenieros,
para compartir sus visiones, e intercambiar con investigadores de otras disciplinas, y
de forma más amplia con los responsables de la formulación de políticas en la
comunidad. Dada la inevitable convergencia de la nanotecnología con la
biotecnología, este taller también incluyó a investigadores e ingenieros de las
ciencias físicas y biológicas y reunió a dos agencias gubernamentales, responsables
de apoyar la investigación de vanguardia en estas áreas, The National Science
Foundation and The National Institutes of Health.
Aunque no había expectativas de consenso en el Taller, muchas de las ideas y
recomendaciones discutidas, durante los dos días de duración, convergieron entorno
a dos áreas: herramientas y aplicaciones transformativas. El informe utiliza la
metáfora de la herramienta -observación, manipulación y medición- para discutir la
investigación que será necesaria para avanzar en conocimiento y uso de las
nanotecnologías en el futuro. Cómo estas herramientas innovadoras podrían ser
utilizadas para el bien de la humanidad y el planeta, se discute en la segunda mitad
del informe, que analiza las aplicaciones potenciales de la nanotecnología en las
fuentes de energía sostenible, en la medicina personalizada y agua potable.
Al final, los 50 participantes del Taller estuvieron de acuerdo en que el avance de la
nanotecnología requerirá de una mayor atención en tres áreas críticas de
investigación: herramientas, informática y construcción a nanoescala. Los avances en
estas áreas podrían ayudar a resolver tres importantes problemas con un amplio
impacto en la sociedad: la crisis energética, la necesidad de mejorar los tratamientos
médicos y la demanda de agua potable.
55
Abordaremos únicamente las cuestiones planteadas en torno a la medicina, por ser
una de las áreas tecnológicas de interés en este proyecto:
Medicina personalizada: los participantes en el Taller Nanofrontiers se refirieron a
cuatro revoluciones en la medicina, y prevén que la nanotecnología podría jugar un
papel en la conducción de algunas de ellas o en todas. Es decir, la nanotecnología
podría ser usada para hacer la medicina más predictiva, preventiva, personalizada y
participativa (regenerativa).
Medicina predictiva (predictive medicine): la nanotecnología ayudaría a los
médicos a predecir las enfermedades más importantes que un individuo
probablemente pueda desarrollar. Muchos grupos de investigación, están, de hecho,
trabajando en el desarrollo de un dispositivo, lab-on-a-chip -utilizando la
nanotecnología- para llevar a cabo un análisis exhaustivo de una gota de sangre. El
análisis de sangre podría alertar a los médicos de los precursores tempranos de la
enfermedad que reflejan tanto la predisposición genética y los factores ambientales,
tales como dieta, ejercicio, estrés y exposición a la contaminación del aire.
Los nuevos nanopore dispositivos están listos para hacer de forma completa la
secuenciación del genoma (rápido, económico y ampliamente disponible). Esto
significa que será posible que las personas puedan averiguar las secuencias de todos
sus genes, incluyendo aquellos relacionados con la enfermedad.
Medicina preventiva (preemptive medicine): esta visión se centra más en la
intervención temprana, pero también requiere de un diagnóstico precoz. Aquí la idea
es ayudar a los médicos a detectar enfermedades que pueden tratarse antes, para
que los pacientes se anticipen a la evolución de la enfermedad o al menos a
gestionarla de forma eficaz durante la vida. La nanotecnología puede mejorar el
desarrollo de más pruebas de diagnóstico sensitivas, así como los dispositivos de
vigilancia sanitaria y control de enfermedades.
Los participantes en el Taller Nanofrontier se mostraron muy interesados en la
medicina preventiva, y mencionaron el cuidado de la diabetes como un área obvia e
importante que se beneficiaría de la misma. Si las nuevas pruebas de diagnóstico
56
basadas en nano pudiesen detectar en una persona la resistencia a la insulina, la
persona podría hacer cambios en su dieta y ejercicio para retardar la progresión de la
enfermedad.
Medicina personalizada (personalized medicine): la nanotecnología podría
proporcionar nuevas herramientas para recopilar información detallada sobre las
variaciones en los estados de enfermedad y sobre los parámetros únicos de
tratamiento. Tal vez lo más importante, es que la nanotecnología podría estimular la
revolución de la medicina personalizada, ayudando a llevar a cabo en tiempo real, el
control sensible de tratamientos farmacológicos. Se espera que los tratamientos en
un futuro sean más complejos (por ejemplo, un médico puede prescribir un cóctel de
varias drogas diferentes en proporciones calculadas, tal vez 10% de la droga A, 50%
de la droga B y el 40% de la droga C). Dispositivos de monitoreo basados en nano
(nanobased monitoring devices) podrían dar a los médicos la posibilidad de ajustar el
cóctel de drogas para adaptarse a cada paciente.
Medicina participativa (regenerativa)- participatory (regenerative) medicine: el
entusiasmo por el potencial de la medicina regenerativa se ha centrado en las células
madres, pero la nanotecnología podría también conducir a nuevos tratamientos
radicales para las lesiones de la médula espinal, degeneración macular, la diabetes
tipo 1 y otras disfunciones. Si las células madres pueden ser inducidas a reconstruir
los tejidos y restaurar la función (queda por verse), con un enfoque igualmente
prometedor está el empleo de tejidos artificiales nanoestructurados.
Muchos laboratorios están experimentando con una amplia variedad de scaffolds de
nanomateriales que pueden estar imbuidos con células para formar tejidos
artificiales, como el hueso y el hígado. Parece posible reparar los nervios dañados por
inyección de ellos con nanomateriales que forman bridge-like lattices. Otras
nanaoestructuras prometen como cimientos para el crecimiento de redes
tridimensionales de vasos sanguíneos.
La regeneración de tejidos dañados es una solución, pero las pérdidas de funciones
podrán ser también restauradas con piezas de repuesto nano- reforzadas para el
57
cuerpo- dispositivos que se enganchan a la derecha en el sistema nervioso. Los
participantes en NanoFrontiers discutieron visiones serias sobre estas cuestiones que
podrían convertirse en realidad, como resultado de los rápidos avances en la
nanotecnología, la microelectrónica, la robótica, las ciencias de la información y la
neurociencia.
2.19 Richard Silberglitt, Philip S. Antón, David R. Howell, Anny Wong. RAND
Corporation. The Global Technology Revolution 2020, In-Depth Analyses
Bio/Nano/Materials/Information Trends, Drivers, Barriers, and Social
Implications (2006)
Diversas tecnologías -incluyendo la biotecnología, la nanotecnología (en sentido
amplio), tecnología de los materiales y las tecnologías de la información-, tienen el
potencial para impactar de forma dominante y significativa hacia el 2020. Este
informe se basa en un conjunto de previsiones sobre la tendencia global de la
tecnología, en las áreas anteriormente mencionadas, y sus implicaciones para el
mundo en el año 2020.
El interés mundial por la nanotecnología está basado en la creencia de que la
capacidad de comprender y afectar a nivel de átomos y moléculas las interacciones a
nanoescala es un prerrequisito y un facilitador para una serie de capacidades
tecnológicas, desde los materiales inteligentes y multifuncionales para diseñar
nuevas drogas, hasta las nuevas generaciones de sistemas de información y
comunicaciones.
De hecho, una serie de productos que utilizan tecnologías a nano escala ya han
llegado al mercado, como por ejemplo los tratamientos textiles desarrollados sobre la
base de revestimientos de fibra a nano escala que repelen los líquidos, resistentes a
las manchas y que suavizan el tacto de los tejidos. Pelotas de tenis con una capa de
nano compuesto que retiene la presión interna. Raquetas de tenis que aumentan la
rigidez, compuestas por partículas a nano escala que llenan los vacíos en el material.
58
Otros productos existentes, basados en las nanotecnologías, son las unidades de
disco duro de las computadoras, pintura electro-spray para componentes de auto,
pantallas solares.
Teniendo en cuenta los rápidos avances, la fortaleza de los Estados Unidos, los
esfuerzos en la investigación internacional, el interés comercial, la importancia de los
impactos sociales, las previsiones de este estudio sugieren que las siguientes
aplicaciones de la nanotecnología serán factibles para el año 2020:
nuevas familias de sensores biológicos y químicos: miniaturizados, altamente
sensibles y selectivos.
Mejoras en la capacidad y la gestión de energía en las baterías.
Sensores de uso individual, especialmente para personal militar y de
emergencia.
Dispositivos de cómputo embebidos en productos comerciales (ya se está
haciendo hoy en día y llegará a ser más generalizable).
Dispositivos de monitoreo médico personal con registro de datos y capacidad
de comunicaciones.
Nano-estructuras funcionales para la liberación controlada de fármacos y para
la mejora del rendimiento de dispositivos de implantes y prótesis.
En el estudio se analizan detalladamente las tendencias en las siguientes áreas:
nanotechnology-enabled sensors.
Nanotechnology-enabled power.
Nanotechnology-enabled electronics (integrated circuits and processing).
Advances in nanobiotechnology.
Nanotechnology manufacturing (molecular assembly).
Nanotechnology-enabled electronics (integrated circuits and processing)
Hoy
Los procesadores de las computadoras actuales permiten un nivel sin precedentes
59
de manipulación y almacenamiento de datos. Con la excepción de unas pocas
aplicaciones especializadas, las capacidades de los sistemas informáticos de hoy en
día satisfacen la mayoría (si no todas) de las necesidades de la media de los usuarios.
Aunque esto es cierto para los usuarios individuales, las empresas han aumentado su
dependencia de equipos cada vez más sofisticados para una amplia gama de
aplicaciones, incluyendo los negocios, finanzas y análisis.
Sin embargo, mientras que el número de ordenadores “tradicionales” por cada
usuario no aumenta de forma tan dramática como lo era antes, el número de
dispositivos de cómputo por individuo está creciendo rápidamente. Pequeños
dispositivos informáticos especializados (incluyendo los teléfonos celulares,
asistentes personales digitales, electrodomésticos) habilitado por un aumento
general de la potencia de cálculo y la memoria están proliferando a un ritmo
creciente. Como resultado, chips de computadoras y procesadores especializados
están empezando a surgir en todo tipo de productos comerciales.
Hacia 2020 (potencial de la tecnología)
En 2020 los circuitos integrados habrán alcanzado los límites físicos fundamentales
de un diseño de circuito CMOS (complementary metal oxide semiconductor)
convencional y escalable. Los materiales semiconductores (silicio, germanio,
arseniuro- galio) seguirán siendo la materia prima para casi todos los circuitos
integrados.
Los circuitos integrados y los fabricantes de dispositivos adoptarán diseños y
arquitecturas CMOS no clásicos para alcanzar los requerimientos de la tecnología
para nodo de 16 nanómetros. Las limitaciones económicas de diseño y construcción
de las plantas de fabricación de circuitos integrados seguirán siendo importantes.
Teniendo en cuenta los elevados costes asociados a la construcción de una fábrica,
los constructores de chips seguirán tratando de aumentar la eficiencia mediante la
optimización de los procesos y materiales utilizados en la actualidad.
Diseños y sistemas de materiales CMOS no clásicos (nanotubos de carbono,
60
interruptores moleculares, etc.) aparecerán en cantidades muy limitadas y
probablemente no serán rentables para su uso comercial extendido. Los retos
asociados con la nueva ingeniería de arquitecturas de chips nanoelectrónicos
también sigue siendo un factor, tanto en términos de costo y de rendimiento general.
Sin embargo, la capacidad de fabricar dispositivos simples (computacionalmente
hablando) de potencia relativamente baja, en una gama de materiales de sustrato
incluyendo sistemas flexibles, podría significar que los dispositivos de cómputo
podrán incrementarse, incorporados a productos comerciales. Los circuitos
integrados en elementos tales como materiales de embalaje, ropa y aparatos
médicos serán más sencillos y más especializados y se comenzará a ver un uso más
generalizado. Las mejoras en la energía habilitada por nanotecnología y los avances
habilitados por la nanotecnología en dispositivos de almacenamiento de datos y
memoria, permitirá el uso de una gama más amplia de dispositivos y de productos.
2.20 Federal Institute for Risk Assessment. BfR Delphi Study on
Nanotechnology Expert Survey of the Use of Nanomaterials in Food and
Consumer Products (2010)
En 2006 el Federal Institute for Risk Assessment- BfR condujo un estudio Delphi, que
aglutinó a expertos en el área de nanotecnología. El objetivo fue identificar
nanomateriales que ya se utilizan o podrían ser utilizados, para asignarlos a
aplicaciones concretas y sacar conclusiones de esta información acerca de la
exposición de los consumidores.
Dada la amplia naturaleza de la materia, el BfR, de acuerdo con su competencia
científica centró sus esfuerzos de investigación en aplicaciones de la nanotecnología
en los alimentos, cosméticos y productos de consumo (textiles y recubrimientos de
superficies).
El estudio Delphi permitió valorar, a través de la opinión de los expertos, la madurez
del mercado en diversas aplicaciones de la nanotecnología en la industria alimentaria.
61
Los nanoproductos, supuestamente, están siendo utilizados en los alimentos como
productos auxiliares o aditivos. Por ejemplo, el ácido salicílico y otros compuestos
que contienen silicio están siendo usados como agentes espesantes o de goteo.
El ácido salicílico se utiliza también como un floculante en la producción de vino y
zumo de frutas. En el momento presente no está claro si las nanopartículas se utilizan
realmente, o si se producen nanopartículas libres en los alimentos. Los
nanomateriales también están siendo utilizados como complementos alimenticios.
Existen informes de la utilización de dióxido de silicio, plata coloidal, calcio y
magnesio en forma de nanopartículas. Tanto si las sustancias están de hecho
presentes en los alimentos como nanopartículas o en forma aglomerada, aún no está
claro.
La industria alimentaria está desarrollando, en la actualidad, alimentos funcionales,
donde las vitaminas, los ácidos graso omega 3, los fitoesteroles y los aromas se
incorporan en nanocápsulas y luego son liberados en el cuerpo de manera específica.
De acuerdo a este estudio, aunque no existe una prueba clara de la utilización de
nanomateriales en alimentos, el 48% de los expertos, no obstante asume que el
dióxido de silicio nanoparticulado ya se usa como agente de goteo en alimentos, y
poco menos de un tercio de los encuestados cree que las vitaminas
nanoencapsuladas y las nanopartículas de dióxido de silicio se utilizan hoy en día
como agentes espesantes en los alimentos y las nanopartículas de plata en
complementos alimenticios. Los expertos creen que el uso de nanotubos de carbono
para separar biomoléculas con valor funcional es una aplicación que va a llegar al
mercado en una etapa posterior en el futuro.
2.21 René de Groot (Syntens – Stiching Syntens, Innovation Network for
Entrepreneur, Netherland) Dr. Jonathan Loeffler, Dr. Ulrich Sutter (Steinbeis-
Europa-Zentrum, Germany). Nanomaterial Roadmap 2015. Roadmap Report
Concerning the Use of Nanomaterials in the Medical & Health Sector (2006)
Este roadmap se centra en el estado actual de la técnica y en el uso futuro de los
62
nanomateriales en el sector del sistema médico y de la salud. Este roadmap no es
exhaustivo, sino que proporciona a las pequeñas y medianas empresas una buena
herramienta con una descripción concisa del desarrollo en este sector, para poder
tomar decisiones para su estrategia.
Drug delivery
El uso de nanomateriales para la administración de fármacos es un área con una gran
cantidad de actividad que podría tener un impacto importante en la industria médica y
farmacéutica. El uso de nanomateriales ofrece la promesa de la entrega del
medicamento correcto en el momento correcto. Algunos enfoques utilizan ya las
nanopartículas o nanocápsulas para administrar fármacos a través de la piel, los
pulmones, el estómago, los ojos y la barrera hematoencefálica. Estos enfoques
ofrecen numerosas ventajas como la búsqueda de una mayor solubilidad, resistencia
a las enzimas gástricas, de liberación controlada o la capacidad de dirigir el fármaco a
través de diversos medios para el mismo lugar donde se necesita.
El nivel de desarrollo de nanomateriales para la administración de fármacos-
nanopartículas, bio-nanomateriales y polímeros son los grupos de nanomateriales
importantes. De acuerdo a los expertos los bio-nanomateriales tomarán más tiempo
para entrar en el mercado.
Tabla 1. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para
el sector de administración de fármacos
Nanomateriales/
aplicaciones
específicas
Sin especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años
Core shell
nanoparticles
Administració
n de fármacos.
Radioterapia
DNA nanoparticles Terapia
génica
63
Fullerenes Administración
de fármacos
Gold (Au)
nanoparticles
Tratamientos
terapéuticos
Gold shell
nanoparticles.
Implantes
para la
administración
de fármacos
Nanomagnets like
iron oxide (Fe2O3)
Pinturas y
recubrimien
tos
Iron carbon coated
[Fe-C] nanoparticles
Administ
ración de
fármaco
local
Lipid nanocontainers
or liposomes
(vesicles that consist
of one to several
chemically active
lipid bilayers).
Administr
ación de
fármacos
Peptide based self-
assembling materials
Nanoestructur
a de peptido
sensible
Peptides for
molecular
recognition
Focaliza
ción por
péptidos
Platinum
nanoparticles
Tratamientos
terapéuticos
Poly (L-lactic acid)
(PLLA) nanofibers
Administr
ación de
fármacos
Poly (N-isopropyl Administració
64
acrylamide)
NIPAM/PNIPAM
n de fármacos
Poly(alkylbenzene)-
Poly(diene) PAB-
PDM nanoparticles
Administr
ación de
fármacos y
aplicacione
s de la
sangre
Poly([bis(trifluoroehto
xy)phoasphazene]
(PTFP) nanofibers
Administ
ración de
fármacos
Poly-lactic-co-glycolic
acid (PLGA)
nanofibers
Nanocáps
ulas para
administraci
ón de
fármacos y
nanoesfera
s
Polymethacrylic acid
/ polyethylene oxide
(PMMA/PEO)
nanostructures
Cápsula
s
degradabl
es
portadora
s
Polypyrrole (PPY)
nanotubes
Liberación
controlada
de
fármacos y
pigmentos
Self assembling
protein nanoparticles
Chaperon
hidrofobina
Proteina de
capa S
65
Silver (Ag)
nanoparticles
materiales
antimicrobi
anos,
antibacteria
nos y
antifúngico
s
Virus particles Material de
virus
Imaging (diagnóstico por imagen)
El diagnóstico por imagen está basado en métodos sensibles y altamente
específicos. En este sentido, se cree que las nanopartículas sean de gran importancia
para el progreso de los diagnósticos en el futuro. En la actualidad, la investigación se
centra en el desarrollo de mejores agentes de contraste para casi todos los métodos
de imagen. Por ejemplo:
nuclear imaging: las técnicas de imagen nuclear requieren la inyección de una
sustancia radio-activa, que emite rayos gamma. Un método especial de imágenes
nucleares se basa en la tomografía por emisión de positrones (PET). Las principales
áreas de aplicación son oncología y cardiología. Los agentes de contraste en
desarrollo comienzan con diminutas nanopartículas de perfluorocarbono suspendidas
en una emulsión. Los investigadores, entonces, adjuntan agentes tales como
Tecnecio-99m a las nanopartículas, que proporcionan el contraste que permite la
formación de imágenes.
Además, las nanopartículas están etiquetadas con un ligando específico que dirige al
agente para el desarrollo de nuevos vasos sanguíneos. Cuando se inyecta en el
cuerpo, las nanopartículas dirigidas encontrarán e iluminarán estos vasos. Fármacos
contra el cáncer y radionúclidos terapéuticos también pueden ser incorporados en las
nanopartículas para administrar la terapia directa y selectivamente a áreas de
desarrollo de tumor.
66
Imagen por resonancia magnética (MRI- siglas en inglés): los escáneres de
imagen por resonancia magnética requieren fuertes imanes para alinear espines
nucleares de los átomos de hidrógeno en el tejido en una dirección. Varios agentes
de contraste se utilizan (gadolinio, hierro, manganeso). Nuevos agentes de contraste
a base de nanopartículas podrían ser por ejemplo, quelatos de gadolinio se
concentran en emulsiones de nanopartículas de perfluorocarbono. Las nanopartículas
están rodeadas por una capa lipídica, en el que los anticuerpos o proteínas pueden
ser insertadas para dirigir la partícula a tejidos específicos. Las partículas están
siendo investigadas por su aplicación en el diagnóstico de placas de arteriosclerosis.
Los experimentos con animales han demostrado que estas nanopartículas pueden
unirse y permitir la visualización de la formación de coágulos de sangre en fase inicial.
Otras investigaciones han indicado su aplicabilidad en el diagnóstico de la
angiogénesis y la metástasis del cáncer.
Otras partículas que están siendo investigadas para su uso como agente de contraste
de resonancia magnética son los fullerenos. Mediante el uso de holmio en lugar de
gadolinio los fullerenos se pueden utilizar como agentes de contraste de rayos X.
Imágenes por ultrasonido: se usan agentes de contraste tradicionales, que
consisten en burbujas de gas microscópicas (microburbujas) rodeadas por un
revestimiento estabilizador para proteger contra la disolución. Las mismas
formulaciones de nanopartículas de perfluorocarbono, que se utilizan para MRI,
también se están desarrollando como agentes de contraste para ultrasonidos. La
aplicación actual es el diagnóstico de cambios patógenos en los vasos sanguíneos.
Aunque las nanopartículas de perfluorocarbono no reflejan el ultrasonido casi tan
fuertemente como microburbujas, su reflexión aumenta significativamente cuando
son específicas y se concentran en las superficies de tejidos o células, sin
incrementar el ruido de fondo. Otra característica de las nanopartículas de
perfluorocarbono es que no pueden ser destruidas por pulsos acústicos, lo que evita
el riesgo de cavitación inducida por ultrasonido. Mediante la incorporación de
gadolinio en la capa lipídica, estas nanopartículas pueden ser utilizadas tanto como
67
ultrasonido y agentes de contraste de MRI.
Imagen óptica: es una herramienta importante en ciencias de la vida para la
detección de la expresión génica y las interacciones proteína-ligando. Absorción,
reflectancia, fluorescencia o bioluminiscencia se puede utilizar como fuente de
contraste. Los últimos desarrollos son el uso de puntos cuánticos. Los puntos
cuánticos pueden funcionar en un ambiente líquido y por lo tanto se puede aplicar a
la formación de imágenes biológicas.
Las partículas semiconductoras que los investigadores están preparando para la
formación de imágenes biológicas están hechas generalmente de un núcleo de
seleniuro de cadmio rodeado por una capa de sulfuro de zinc. Ellos son de la escala
nanométrica y cuando está iluminado, el punto cuántico emite un color en particular
en función de su tamaño. Pequeños puntos de fluorescencia en longitudes de onda
más cortas, como el azul, mientras que los grandes puntos emiten longitudes de
onda mayores, como el rojo.
Los puntos cuánticos tienen importantes ventajas sobre las tecnologías anteriores.
Los investigadores pueden ver típicamente no más de tres colores a la vez con
fluorescencia de etiquetado tradicional, usando proteínas, tales como proteína verde
fluorescente, o colorantes orgánicos, tales como rodamina.
En general, para los puntos cuánticos, el color es muy específico para el tamaño y la
composición, permitiendo la fluorescencia simultánea de muchos colores diferentes
y específicos y por lo tanto permitiendo la fácil discriminación entre los objetivos
marcados, incluso en una sola célula.
Otra limitación de los fluoróforos convencionales es su corto período de vida. Ellos
pueden desaparecer en un par de horas. En contraste, los puntos cuánticos
permanecen estables durante días a meses.
En la actualidad, los fullerenos, el oro, así como las nanopartículas de plata están
disponibles en el mercado. Los otros nanomateriales entrarán en el mercado en los
próximos 1-3 años (año de publicación del estudio-2006).
68
Tabla 2. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector del
diagnóstico por imagen
Nanomateriales/
Aplicaciones
específicas
Sin
especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años
Core shell
nanoparticle
Imágenes
Fullerenes Trazador Agentes
para terapia
del cáncer y
ayudantes
Gold (Au)-
nanoparticles
Catalizadores Tratamientos
terapéuticos
Gold Shell
nanoparticle
Agente de
contraste de
imagen
Polyacrylonitrile
(PAN)
nanostructures
Campos
de emisión
de arrays
Poly-ethylene glicol
(PEG) nanostructures
bioensayos
ultrasensibles
y marcadores
fluorescentes
multicolores
POSS
Nanostructured
Catalysts
Agentes de
contraste
Quantum dot
(nanoparticle)
Agente de
contraste de
imagen
Silver (Ag)-
Nanoparticles
Aplicaciones
ópticas
69
Cosmeties
La investigación para el sector cosmético está relacionada con el sector médico y de
la salud. En el sector cosmético mucha investigación y desarrollo se hace en relación
con la aplicación de los nanomateriales. Asimismo, la aplicación de los
nanomateriales está muy avanzada. Un gran número de patentes solicitadas y
concedidas basadas en el diseño y elaboración de los nanomateriales están
relacionadas con este sector de la cosmética.
Según los expertos, los nanocontenedores lípidos y las proteínas de autoensamblaje
necesitarán mucho más tiempo para entrar en el mercado que los otros
nanomateriales en este sector.
Tabla 3. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector
cosmético
Nanomateriales/
Aplicaciones
específicas
Sin especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años
Biological
composite
materials
Nanocompuestos
de calcita
Hydrophobic
fumed silica
nanoparticles
cosméticos
Lipid
nanocontainers
Administración
de fármacos
Polymer matrix
filled with
activated silver
(AG-AG3PO4)
nanocomposite
Materiales
antimicrobianos,
antibacterianos
y antifúngicos
Cosméticos
Pasta
70
dentrífica
Polymethacrylic
acid/
polyethylene
oxide
(PMAA/PEO)
nanoestructuras
Cápsulas
degradables
portadoras
Polypyrrole (PPY)
nanotubes
Liberación
controlada de
drogas y
pigmentos
POSS
Nanoestructured
Catalysts
Cosméticos
Self-assembling
protein
Hidrofobina
Silica (SiO2)-
nanoparticles,
coating
Impresión de
alto brillo
Silver (Ag)-
Nanoparticles
Materiales
antimicrobianos,
antibacterianos
y antifúngicos
Drug discovery (descubrimiento de nuevos fármacos)
En lo que respecta a los aspectos de la nanotecnología y los nanomateriales, el uso
de la tecnología array es dominante para el descubrimiento de nuevos fármacos. La
tendencia es de microarrays para nanoarrays. No está muy claro el uso de los
nanomateriales en la tecnología array. Sin embargo, probablemente el uso de
nanomateriales estará pronto allí debido a las buenas propiedades de los
nanomateriales para la inmovilización de las partículas de ADN y proteínas, y las
propiedades inertes y eléctricas de los nanomateriales de metales nobles (Au, Ag, ...)
71
en array y tecnología lab-on-a-chips. Las tecnologías utilizadas en el descubrimiento
de fármacos están estrechamente relacionadas con las tecnologías utilizadas en
diagnóstico.
En este sector se espera que la mayoría de los nanomateriales entren en el mercado
en el futuro en torno al 2020.
Tabla 4. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector de
descubrimiento de nuevos fármacos
Nanomateriale
s/ Aplicaciones
específicas
Sin
especifica
r
0-2 años 3-5 años 6-10 años
Core Shell
nanoparticle
Descubrimient
o de nuevos
fármacos
DNA
naoparticle
Descubrimient
o de nuevos
fármacos
Fullerenes agentes para la
terapia del
cáncer y
ayudantes
Gold (Au)-
Nanoparticles
Tratamientos
terapéuticos
Lipid
nanocontainers
Descubrimient
o de nuevos
fármacos
Peptide based
self-assembling
materials
Nanoestructura
s de péptidos
sensible
72
Platinum (Pt)-
Nanoparticles
Tratamiento
terapéuticos
Self-
assembling
protein
Hidrofobina
Virus particles Material de
virus
Diagnostics
En relación con los aspectos de la nanotecnología y los nanomateriales para el
diagnóstico, la utilización de array, bon a chip (LOC) y la tecnología de chip celular
son importantes. La tendencia es hacia la miniaturización, de microarray a nanoarray,
y de MEMS a NEMS (nanoMEMS). La alimentación de estas tecnologías está basada
en técnicas de nanolitografía (técnicas de película delgada) que se utilizan para la
industria de los semiconductores. El nivel de exactitud es del orden del tamaño de
micrómetros (μm-micras). Los productos fabricados por este tipo de tecnología son:
arrays, lab-on-chip, chip celular y combinaciones.
Los avances nanotecnológicos ayudarán en la identificación y validación de ambos
objetivos y de los fármacos, mejora en modelos in vitro y screening acelerado.
Operando con resultados de volúmenes diminutos en un aumento de la velocidad de
procesamiento, la reducción de los costes y por lo tanto una eficacia más alta,
especialmente el manejo de materiales raros y caros tales como muestras de ADN.
Tabla 5. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector de
diagnóstico
Nanomateriales/
Aplicaciones
específicas
Sin
especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años
Core shell
nanoparticle
diagnóstico
73
DNA nanoparticle Diagnóstico
médico
DNA-hybrids Análisis de
ADN con
nanopartículas
Peptides for
molecular
recognition
Focalización
por péptidos
Quantum dot
(nanoparticle)
Diagnóstico
molecular
Silver (Ag)-
Nanoparticles
Aplicaciones
ópticas
Surgery, passive implants and active implants
Surgery: el papel de la nanotecnología en el campo de la cirugía sigue siendo difícil
de ver con claridad. Los nanomateriales se utilizan cada vez más para la producción
de herramientas y recubrimientos, debido a sus propiedades útiles especiales. Con
respecto a las herramientas nanoestructuradas se podría pensar en las propiedades
como la fortaleza, peso ligero y la posibilidad de mover células individuales. Con
respecto a los recubrimientos se podría pensar en las propiedades como la
biocompatibilidad, la esterilidad, anti toxicidad, anti-inflamación y anti corrosión.
Passive implants: la aplicación de la nanotecnología a los implantes permite que la
estructura o la superficie de un biomaterial sea definida con precisión mejorando así
la biocompatibilidad. La nanotecnología también puede jugar un papel importante en
la disminución de la toxicidad mediante la creación de un nanocobertura sobre el
implante, lo que reduce el efecto de un ambiente corrosivo.
Optimizando el revestimiento no sólo evita la toxicidad sino que también establece
una mejor interacción con las células circundantes y tejidos que conducen a un
implante más estable y biocompatible. Un nano recubrimiento de titanio o un
implante de tantalio estará mejor adaptado al cuerpo humano y es menos probable
74
que necesite ser posteriormente eliminado y sustituido por un nuevo implante.
La biomimética es la tecnología de crecimiento biológico de nuevas bio-estructuras
en un molde o directamente en o sobre la parte del cuerpo lesionada. Investigadores
desarrollan estas estructuras a partir de una única estructura nano-física o nano-
química. Una estructura nano física es desarrollada a partir de un solo nanocristal,
mientras una estructura nano química es desarrollada a partir de una matriz de
grandes moléculas reactivas unidas a la superficie. La idea es usar estas
nanoestructuras como moléculas de semillas o cristales de siembra, para conducir
materiales que crecen por sí mismos (in vitro o por moldeo).
Los investigadores esperan que esto conduzca a biomateriales mejores para
implantes nuevos. En la actualidad, las propiedades biomiméticas se utilizan a
menudo sobre los revestimientos de apatita por ejemplo, aleaciones de titanio para
fomentar la unión al hueso natural. Esta fina capa imita el tejido biológico y crea la
bioactividad adecuada para la unión. Otros temas incluyen la investigación sobre
cómo la unión de proteínas y células influyen en las nanoestructuras y cómo esto se
puede lograr para una mejor biocompatibilidad.
Active implants: de acuerdo con la Asociación Europea de Tecnología Médica,
Eucomed, la nanotecnología ofrece un gran potencial para la innovación en productos
sanitarios en general y algunos elementos de implantes en particular. La
nanotecnología puede desempeñar un papel en varios elementos de mejora del
producto y las futuras generaciones de implantes activos, incluyendo recubrimientos
antimicrobianos, tratamiento de superficies y materiales para nuevas baterías
recargables.
Nanotecnología para implantes activos incluye materiales avanzados con el
tratamiento de superficies nanoestructuradas. Este tratamiento superficial puede
mejorar la biocompatibilidad, promover el crecimiento del tejido alrededor del
implante, y aumentar la vida útil de los implantes. Un método aplicado en el
tratamiento de superficie tal es el grabado por iones reactivos.
Los nuevos materiales inteligentes que incorporan fármacos de liberación lenta o
75
partículas (tales como iones de plata) pueden también ser utilizados para implantes
activos para combatir el rechazo o la inflamación. Tales revestimientos están siendo
desarrollados para el recubrimiento de los implantes cocleares, que pueden ayudar a
reducir el riesgo de meningitis para los pacientes. Además, nanoemulsiones están
siendo aplicadas en tales revestimientos.
Implantes activos incluyen una fuente de energía, tal como una batería recargable.
Los materiales nanoestructurados pueden ser incluidos en las futuras generaciones
de dichas baterías, debido a su gran superficie en relación al volumen.
Generalmente hablando, la mayoría de los implantes activos altamente eficaces, sin
embargo el monitoreo post marketing ha mostrado riesgos para los pacientes en
algunas circunstancias, las cuales incluyen calentamiento del dispositivo en un
campo electromagnético externo (como en imágenes por resonancia magnética),
infecciones (como meningitis para los pacientes con un implante coclear), y
trastornos neurológicos tales como dolores de cabeza y mareos. La investigación en
nanotecnología actual parece centrarse sólo en las soluciones ante los riesgos de
infección (recubrimientos antimicrobianos). Otras investigaciones en nanotecnología
están dirigidas a la mejora del producto en general.
Tabla 6. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector de
cirugía e implantes
Nanomateriales/
aplicaciones específicas
Sin
especific
ar
0-2 años 3-5 años 6-10 años
Poly
[bis(trifluoroethoxy)phosphaz
ene] (PTFP) nanofibers
Ingeniería de
tejidos e
implantes
Poly- ethylene glicol (PEG)
nanostructures
Materiales
biocompatibl
es y
biodegradabl
es
Polymer matrix filled with Materiales
76
activated silver (AG-AG3PO4
nanocomposite
antibacterian
os,
antimicrobian
os y
antifúngicos
Cateters
Implantes
de cadera
POSS nanostrustured
Catalysts
Recubrimient
os
Self-assembling protein Chaperon
Hidrofobina
Proteina
capa S
Silicon Carbide (SiC)
nanofibers
Grabación de
señales
eléctricas de
neuronas
Silver (Ag)- Nnanoparticles Materiales
antibacterian
os,
antimicrobian
os y
antifúngicos
Stainless Steel- Bulk material
with nano-grains
Dispositivos
médicos
Synthetic Hectorite (clay
platelets)
implant
es
Titanium (Ti)- Bulk material
with nano-grains
Implantes
médicos
Titanium (Ti) nanoparticles Implantes
Zirconia (partially stabilized)
(ZrO2)- bulk material with
Herramient
as de
77
nano-grains remodelación
Tissue engineering
Las células crecen en scaffolds (andamios). La fabricación de scaffolds adecuados y
su uso en biorreactores será un elemento clave en la ingeniería de tejidos futuro,
puesto que la disposición espacial de las diferentes células, de su distancia y de sus
interacciones son factores importantes para el éxito de la producción de tejidos
evolucionado con funcionalidad compleja.
En la actualidad, la producción de scaffolds no se ve directamente afectado por la
nanotecnología, pero en el futuro próximo, el análisis completo de la matriz
extracelular (ECM) se puede realizar con la ayuda de métodos nano-y
nanobiotecnológicos por ejemplo, análisis químico con biochips, inspecciones
topográficas con microscopios de sonda de barrido (SPM) y los microscopios
electrónicos de transmisión (TEM). Entre las cuestiones de nanotecnología,
nanofuncionalidad y nanoestructuras relacionadas con la ingeniería de tejidos están
por ejemplo:
scaffolds nanoestructurados que se asemejan a moléculas de colágeno que se
pueden utilizar como una plantilla para la mineralización o la cristalización de
hidroxiapatita formando un material compuesto.
Para obtener funcionalidad química de estructura supramolecular química.
Plantillas para crecimiento de tejido diseñadas con una superficie ranurada en
la nanoescala.
A veces scaffolds para ciertos tejidos están recubiertos. Esos revestimientos
biomateriales podrían utilizar nanomateriales que mejoran la adherencia y la
biocompatibilidad de las células.
La investigación de interacciones célula-célula, o mejor interacción proteína-
proteína y sus procesos de unión es una cuestión clave.
Sensores para el análisis durante la producción de scaffolds y tejidos en
biorreactores.
La manipulación de las células humanas (de órganos y / o células madre
78
humanas primarias).
Para la producción de scaffolds superiores destinados a la ingeniería de tejidos serán
requeridas plantillas micro y nanoestructuradas con funcionalidad química. La
nanotecnología ofrece enfoques diferentes para producir plantillas estructuradas
topográficas y químicas con unas características micro y nanométricas. La técnica de
impresión molecular, por ejemplo, se puede utilizar para producir estructurados sitios
de unión para proteínas específicas con distribución discreta.
Como se ha demostrado por la investigación, esta superficie es estructurada y
funcionalizada para el reconocimiento de proteína. Proteínas incorporadas en esa
superficie pueden influir en la diferenciación celular y la proliferación. Además, la
impresión por microcontacto (μCP), la litografía por haz de electrones (EBL) y las
técnicas de estampación son métodos adecuados para producir superficies micro y
nanoestructurados para la biotecnología y la ingeniería de tejidos.
Aunque el impacto de la nanotecnología en la ingeniería de tejidos está en las
primeras etapas y ocupa principalmente la investigación fundamental, se cree que se
promoverá la comprensión básica de las interacciones célula-célula y permitirá la
fabricación de scaffolds sofisticados con funcionalidad nanométrica.
Tabla 7. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector
Ingeniería de tejidos
Nanomateriales/
aplicaciones
específicas
Sin
especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años
Core shell nanoparticle Ingeniería de
tejidos
DNA nanoparticle Ingeniería de
tejidos
Hydroxyapatite Reemplazo
óseo
PLLA nanofibers Regeneración
de tejidos
79
humanos
NIPAM/PNIPAM (bulk) Ingeniería de
tejidos
[PMMA]
nanostructured films
Revestimiento
s biológicos y
biomimética
PTFP nanofibers Ingeniería de
tejidos e
implantes
PANI nanotubes Scaffolds
nanoestructurad
os
PEG nanostructures Materiales
biocompatibles
y
biodegradables
PLGA nanofibers Scaffolds de
nanofibras
PS-PEO nanostructured Superficies
biomédicas
(Ti)- Bulk material with
nano-grains
Implantes
médicos
Food
Es posible realizar una serie de secciones cruzadas entre el sector de la alimentación
y el sector de sistemas médicos y salud. En el sector de la alimentación también
vemos una gran cantidad de actividades relacionadas con la investigación y el
desarrollo para la aplicación de los nanomateriales.
Al igual que la tendencia a fármacos personalizados en el sector de la administración
de fármacos, la tendencia en el sector de la alimentación es de alimentos
personalizados. También uno de los aspectos importantes en la investigación de los
80
materiales alimenticios está relacionado con la metabolómica.
Algunas cuestiones de interés:
La actividad de investigación para la sección transversal de los nanomateriales
y la nutrición se ve para el tratamiento de los trastornos metabólicos y no
metabólicos, en especial alergias a los alimentos, y condiciones inflamatorias,
neorológicas y del aparato digestivo.
Los alimentos del futuro estarán diseñados por la configuración de moléculas
y átomos. El estudio predice que la biotecnología a nanoescala tendrá un gran
impacto en la industria alimentaria y de procesamiento de alimentos.
Las tecnologías de nanoescala están permitiendo a la industria reformar la
agricultura y la alimentación, sistemas con semillas atómicamente modificados, los
nuevos vehículos de suministro de pesticidas, tecnologías de monitoreo y aditivos
alimentarios nanométricos.
Aditivos para material de envasado para crear envases ligeros, fuertes y con
propiedades de barrera mejoradas: recubrimientos de superficies de la máquina que
procesa alimentos para mejorar la resistencia al desgaste; crear alimentos libres de
contaminación (no adherencia bacteriana). La toxicidad de los nanomateriales es un
tema de investigación.
La fabricación de membranas de nanotubos tiene un potencial significativo
para su uso en sistemas de alimentos.
Otra área es la de los nanotubos de carbono y sus aplicaciones basadas en el
desarrollo de membranas conductoras de la electricidad. Además de sus usos en las
industrias electrónica y del automóvil, estos polímeros pueden ser utilizados para
desarrollar nuevas membranas que mejorarán el proceso de separación de moléculas
de sabor y nutracéuticas, y al mismo tiempo aumentarán la eficiencia energética del
mismo.
Las nanopartículas funcionalizadas de ADN podrían ser parte de un
81
tratamiento eficaz de las alergias alimentarias.
Otra oportunidad para las nanopartículas se presenta vinculada a las
aplicaciones de seguridad alimentaria. La capacidad de nanopartículas específicas de
sintetizar la adhesión, está siendo investigada, para enlazar irreversiblemente a tipos
específicos de bacterias, inhibiendo la unión a ellos y la infección de su hospedador.
Tabla 8. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector
alimentos.
Nanomateriales/
aplicaciones
específicas
Sin especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años
2D DNA lattice Nanoestructur
ación
Biological composite
materials
Nanocompues
tos de calcita
Biological nanomotors microtubules
kinesin railway
Cellulose/
carbohydrate
nanofibers
Reinforcement
by cellulose
whiskers
Core Shell nanoparticle diagnósticos
Lipid nanocontainers Administració
n de fármacos
Montmorillonite
nanoclays (platelet)
Revestimiento
embalaje de
alimentos
Ni-Ti- Bulk material
with nano-grains
MEMS-
Sistemas micro-
electro-
mecánicos
Nylon Clay (bulk) Revestimiento
s barrera
82
Peptide based self-
assembling materials
Nanoestructur
a de péptidos
sensibles
Peptides for molecular
recognition
Focalización
por péptidos
(PMMA/PEO)
nanostructures
Carrier
degradable
capsules
Polyolefin with clays
(bulk)
Embalaje
Rubber-clay
nanocomposite (bulk)
Embalaje para
alimentos
Self-assembling
protein
Hidrofobina
Proteina capa
S
Genomics & protemics
Genomics: en la investigación genómica existe una relación con el uso de los
nanomateriales y la nanotecnología. Por ejemplo, el uso de nanomateriales para la
secuenciación de genes (nanosequencing-determinación de la susceptibilidad
genética a enfermedades, intolerancia de fármacos y tasas de metabolismo de
fármacos), pruebas genéticas y terapias génicas. Está relacionada con áreas de
investigación como el desarrollo de fármacos, administración de fármacos,
diagnóstico, transcriptómica y proteómica. Sin embargo, en relación con roadmaps,
es muy difícil describir el impacto de los nanomateriales para la genómica.
Proteomics: la proteómica está relacionada con áreas de investigación tales como el
desarrollo de fármacos, la administración de fármacos, diagnóstico molecular, y
genómica. Entre las tecnologías más importantes utilizadas están la difracción de
rayos X y diferentes tipos de espectrometría y cromatografía. En cuanto a los
roadmap, es muy difícil describir el impacto de los nanomateriales en la proteómica.
83
Tabla 9. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector
proteómica y genómica.
Nanomateriales/
aplicaciones
específicas
Sin
especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años
2D DNA lattice nanostructu
ring
Core shell nanoparticle Diagnóstico
DNA nanoparticle Diagnóstico
médico
DNA-hybrids Analítica ADN
con
nanopartículas
Gold Shell nanoparticle Diagnóstico
molecular
(PTFP) nanofibers Ingeniería de
tejidos e
implantes
Quantum dot
(nanoparticle)
Diagnóstico
molecular
Virus particles Material para
virus
2.22 Roadmap Report on Nanoparticles (2005). NRM (NanoRoadMap project).
Project co-funded by the 6th Framework Programme of the EC. Willems & van
den Wildenberg (W&W) (2005)
El Proyecto NanoRoadMap (NRM), co-financiado por la Comisión Europea (CE), está
enfocado hacia un roadmapping, aplicaciones relacionadas con la nanotecnología en
tres áreas diferentes: materiales; sistemas médicos y de la salud y energía.
Dentro del proyecto, un consorcio internacional formado por ocho socios que
84
abarcan siete países europeos e Israel han unido sus fuerzas para el desarrollo
tecnológico en este campo hasta 2015.
El objetivo principal del proyecto NRM es proporcionar escenarios coherentes y una
hoja de ruta tecnológica que pueda ayudar a los actores europeos a optimizar el
impacto positivo de la nanotecnología en la sociedad, dando los conocimientos
necesarios sobre su desarrollo futuro, es decir, cuándo las tecnologías y las
aplicaciones llegarán a madurar por completo.
Es muy difícil prever con precisión un futuro en un área que todavía está en
desarrollo, como es el sector de las nanopartículas. El reporte da una visión integrada
de las diferentes etapas de desarrollo de las aplicaciones que lista el estudio en los
sectores (potencia, energía; salud, medicina; ingeniería; bienes de consumo;
ambiental; y electrónica). Se basan en las estimaciones de los expertos en el panel
de Delphi.
La visualización de embudos de innovación en 2010 y, especialmente, en 2015 podría
dar la impresión errónea de que en el futuro la I+D básica (y en algunos casos incluso
la I+D aplicada) se convierta en obsoleta. Esto no es la realidad. Es importante
señalar que el estado de la aplicación visualizada en los embudos representa el
avance de las primeras aplicaciones pioneras; precursoras de un gran campo de
aplicaciones.
En realidad, cada una de las áreas de aplicación visualizadas en los embudos son la
punta de un iceberg de aplicaciones relacionadas, y cada una de ellas seguirá
inspirando la investigación básica, así como nuevas rutas de investigación posibles.
Sin embargo, en el ejercicio Delphi del NanoRoadMap (NRM), a los expertos no se les
pidió identificar nuevas áreas de I+D básica y aplicada; se les pidió que posicionaran
las aplicaciones punta de lanza en un sentido relativo, comparando cuáles se espera
que lleguen al mercado primero.
Resumen de las aplicaciones hacia 2015: la siguiente figura es una visión general del
estado esperado de desarrollo de las diferentes aplicaciones de las nanopartículas en
85
el año 2015. Los datos para la preparación de las cifras en esta sección han sido
obtenidos de los expertos participantes en el panel Delphi.
Estado esperado de desarrollo de las diferentes aplicaciones hacia el 2015
A continuación se listan algunas ideas de aplicaciones que pueden entrar en fase de
I+D básica y aplicada para el 2010-2015:
Fabricación de pequeñas nanopartículas con un extremo (incluso
atómicamente) tamaño preciso y orientación de cristales. Esto es especialmente
importante para la catálisis y también para la creación de estructuras compuestas con
propiedades ajustadas (especialmente ópticas y electrónicas). Estas capacidades
están siendo apenas tocadas y probablemente llegarán a I+D aplicada para el 2015
con abundante investigación básica en marcha.
86
Autoensamblaje de complejas nanopartículas inorgánicas híbridas, materiales
orgánicos con propiedades novedosas (especialmente eléctricas y con potencial en
biomateriales inteligentes y dispositivos). Fase de I+D básica en 2010, entrando en
I+D aplicada hacia 2015.
Diseño de nuevos materiales a granel a través de modelos computacionales
de elementos nanocompuestos. Esto todavía será I+D básica en 2015, tal vez
aplicado para algunos casos sencillos.
Control, tratamiento biológico directo a través de la entrega intracelular de
ARN de interferencia. Aunque ha entrado en I+D aplicada, la mayor parte de ella
todavía estará en básica para 2015.
Catalizadores para la creación de combustibles líquidos avanzados a partir de
energía solar. Investigación básica iniciada y tal vez entre en investigación hacia 2015.
Superconductores, algunas investigaciones básicas que comenzaban por
2005. Probablemente todavía siga en básica para 2015 o tal vez aplicada.
Nanosensores físicos (por ejemplo, magnético, eléctrico, mecánico), requieren
un control preciso de tamaño. Fase I+D básica en 2010; aplicada en 2015, tal vez
incluso primeras aplicaciones.
Diseño de nanopartículas multicapa. De acuerdo a este roadmap en 2005 estaban
justo en la fase de investigación básica.
2.23 Technology roadmap for nanoelectronics. Ramón Compañó. European
Commission. Directorate-General Information Society (2001)
La primera hoja de ruta para la nanoelectrónica fue publicada por L. Molenkamp, D.
Paul y R. Compañó en abril de 1999, y esta nueva edición sigue el mismo formato
87
pero se ha ampliado con nuevos capítulos que reflejan las nuevas tendencias, por
ejemplo: dispositivos de interferencia de onda (wave interference devices); técnicas
de impresión (printing techniques); dispositivos túnel interbanda (interband tunnelling
devices); enfoques moleculares (molecular approaches).
Muchos de los mejores expertos mundiales en nanotecnología han contribuido a este
documento, pero las predicciones nunca pueden ser garantizadas. Este roadmap
debe ser entendido como un documento que monitorea el progreso y analiza las
tendencias con la esperanza que puedan ayudar al lector a apreciar las fortalezas,
debilidades, amenazas y oportunidades de las diferentes tecnologías.
Resumen conclusiones:
En los últimos 15 años, la nanoelectrónica se ha desarrollado como un campo de
juego versátil y fructífero para muchos conceptos de dispositivos innovadores. Sólo
algunos de los conceptos desarrollados se han discutido en esta hoja de ruta. Los
que trabajan en este campo sin duda han visto cómo muchas ideas nuevas no han
sobrevivido a un primer examen crítico de su aplicabilidad a escala industrial. Los
conceptos que se tratan en este documento son en la mayor parte aquellos que con
el tiempo podrían llegar a convertirse en aplicaciones, aunque algunos podrán, dentro
de unos pocos años, resultar ser simplemente la moda del año 2000 y la voluntad del
editor para incluirlos.
A pesar de estas observaciones, el documento recoge, lo mejor del conocimiento,
una sabiduría común compartida entre la mayoría de los investigadores en el campo
de los proyectos MELARI / NID (Advanced Research Initiative in Microelectronics /
Nanotechnology Information Devices).
El reporte divide las diferentes tecnologías en base a:
Dispositivos emergentes: la lista de dispositivos descritos en este roadmap se limita
a los que actualmente (2001) están bajo investigación como posibles elementos de
circuitos nanoelectrónicos.
88
SET en la actualidad se muestra prometedor para memoria, probablemente no en la
forma de un transistor de electrón único, sino más bien como una memoria nano-
flash. En consecuencia, parece una extensión natural de los dispositivos de memoria
tipo flash convencionales y puede incluso tomar el relevo de SRAM, posiblemente
reduciendo la brecha entre el CMOS estándar y el transistor de electrón único actual.
RTDs es la más madura de todas las tecnologías de dispositivos analizados en la hoja
de ruta.
Los dispositivos III-V se espera que estén en el mercado en un futuro próximo. La
investigación sobre los dispositivos basados en silicio todavía requiere un mayor
desarrollo antes que los dispositivos negociables pueden ser realizados. La principal
preocupación sigue siendo la uniformidad de la oblea, sobre todo para los niveles de
integración de gran tamaño. Las primeras aplicaciones serán probablemente DACs
de alta frecuencia o ADCs y transmisores, junto con la memoria de ultra baja potencia
para aplicaciones portátiles.
RSFQ tiene un gran potencial en aplicaciones especializadas, donde la alta velocidad
y la potencia de cálculo son importantes y el costo de la criogénica puede ser
tolerado. Uno de los principales problemas es la interconexión de los circuitos de alta
velocidad con CMOS convencionales para la entrada / salida, especialmente cuando
la gran diferencia en velocidades de circuito se considera.
En la actualidad, la tecnología de los superconductores de baja temperatura parece
madura, mientras que para HTS, aunque el progreso considerable ha sido logrado en
los últimos años, la integración a gran escala no se ha demostrado todavía. La
presencia en el mercado de RSFQ también dependerá de la disponibilidad motores
de refrigeración fiables, de bajo coste.
La electrónica molecular está actualmente despegando como una rama de la física de
transporte. Su potencial es grande, pero hay obstáculos formidables, que deben ser
superados. Aquí parece de mayor importancia que los químicos, biólogos, físicos e
ingenieros desarrollen una plataforma interdisciplinaria para comunicar las
necesidades de la industria de la electrónica en una dirección, y las posibilidades de
la síntesis química y los conceptos de auto-ensamblaje en la otra.
89
Dispositivos spin, en la forma de MRAM unión túnel, estarán en el mercado en un
futuro próximo. Ya existen en el mercado cabezas de grabación basadas en
mecanismos de polarización de intercambio unión túnel. Un problema para su uso
generalizado en la industria de los semiconductores, es que los metales utilizados en
los dispositivos fabricados hasta la fecha no son compatibles con las líneas CMOS.
La inyección de spin en semiconductores tiene un potencial considerable, por
ejemplo, en la computación cuántica.
Nanofabricación: hasta la fecha, la mayor parte de la reducción de escala de la puerta
y el circuito depende de la capacidad de impulsar la litografía óptica a dimensiones
cada vez más pequeña. Teniendo en cuenta las inversiones existentes en la litografía
óptica, se mantendrá la técnica de fabricación preferida para CMOS mientras sea
posible económica o físicamente. Parece razonable esperar que las técnicas de serie
no serán adecuadas para la fabricación en masa a niveles de alta integración, aunque
algunas todavía pueden ser aplicables a la metrología y pruebas.
Para las próximas generaciones, más allá de la litografía óptica, hay una serie de
opciones que se están investigando y aún necesitan mayor investigación, como EUV,
rayos X, impresión, proyección del haz de electrones o litografía por proyección de
haz de iones. Estas tecnologías están ahora todas bajo evaluación activa y son
compatibles con los dispositivos descritos en esta hoja de ruta. A la fecha (2001) los
rayos X y la litografía por proyección de haz de electrones han tenido la mayor
inversión en investigación. Aun cuando se requieran estructuras de dimensiones
nanométricas y tolerancia ultraajustada (por ejemplo, SET), no parece probable que
se haya encontrado algún nuevo enfoque de fabricación, aparte de la técnica bottom-
up.
Circuitos y sistemas: la llegada de arquitecturas locales, computación paralela y
arquitecturas tolerantes a fallos y defectos son consecuencia directa de esta
tendencia hacia la miniaturización y se aplican también a CMOS como a los
dispositivos nanoelectrónicos discutidos en este roadmap. Siempre que los
dispositivos nanoelectrónicos operen en un régimen clásico, las arquitecturas podrían
ser muy similares a las de los dispositivos CMOS de dimensiones similares. Un
90
desarrollo hacia los sistemas integrados combinando la lógica y memoria en un chip,
parece bastante natural, alejándose de la arquitectura standard CPU/memoria.
Sin embargo, tan pronto como los conceptos de la mecánica cuántica sean
requeridos a nivel de dispositivo, se necesitan diferentes enfoques para la
arquitectura del sistema. Para RTDs esto conduce a una complejidad reducida del
sistema, mientras que para la implementación QCA de SET esto conduce a
arquitecturas de circuitos bastante compactas.
Nuevas arquitecturas serán necesarias para conceptos relativamente jóvenes, tales
como la computación cuántica, las que en la presente investigación se centran
principalmente en el dispositivo básico y a nivel de circuito.
Perspectivas: mientras CMOS sigue dominando la industria de los semiconductores,
es evidente que varios dispositivos nanoelectrónicos originalmente concebidos como
sucesores de CMOS, ahora están encontrando su camino en los nichos de mercado.
También está claro que la Ley de Moore, el aumento exponencial de la densidad y el
rendimiento, que ha disfrutado CMOS por más de treinta años, no se puede
mantener para siempre. No hay un aumento exponencial que pueda continuar para
siempre -con el tiempo el aumento de la densidad, el consumo de energía y el
volumen de chips de silicio requerirá toda la energía del universo para permitir la
operación-.
Si el campo nanoelectrónico quiere madurar hacia una etapa de posición dominante
en el mercado, existe una necesidad de llevar dispositivos novedosos a la par con
CMOS mediante el desarrollo de los procesos de fabricación necesarios, las
herramientas de simulación y reglas de diseño que se requieren para cualquier
proceso de fabricación electrónica industrial. La nanoelectrónica está ahora en su
mayoría de edad, y parece que es el momento adecuado para desarrollar estas
herramientas de producción. Esta hoja de ruta es parte de un proceso de
profesionalización del campo.
91
3. RESUMEN DE DESARROLLOS TECNOLÓGICOS
A partir de los documentos prospectivos analizados anteriormente, se identificaron
los temas más relevantes en nanociencias y nanotecnologías según la visión de
expertos, científicos, académicos y organizaciones internacionales del sector. Estas
serán, por tanto, las líneas tecnológicas más probables en cualquier escenario futuro
a mediano o largo plazo.
Tabla 11. Tabla resumen de los desarrollos tecnológicos mencionados en los documentos
prospectivos.
Documento
1
2020 Vision for the Future of Nanoelectronics, A far-sighted strategy for
Europe
Autor European Commission, High Level Group
DT1 TIC y electrónica, ambientes inteligentes: redes multifuncionales de
equipos y sistemas de comunicación.
DT2 TIC y electrónica: nuevos transistores con mayor capacidad de
almacenamiento.
DT3 TIC y electrónica: diodos orgánicos emisores de luz (OLED) para
pantallas visuales muy delgadas y flexibles con mayor rendimiento.
DT4 TIC y electrónica: espintrónica.
DT5 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, micro-
laboratorios, dispositivos lab-on-chip.
DT6 Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de
moléculas como sensores inteligentes.
DT7 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y
multifuncionales.
DT8 Agroalimentación, seguridad alimentaria: nanobiosensores para control
de la calidad.
DT9 Agroalimentación, seguridad alimentaria: etiquetado inteligente
(trazabilidad).
DT10 Energía, transporte: gestión inteligente, reducción del consumo de
combustible.
DT10 Metalmecánica, transporte: mayor seguridad con dispositivos
92
anticolisión.
DT11 Seguridad, antiterrorismo: vigilancia nanoelectrónica para identificación
personal, biometría, controles de acceso.
DT12 Medio ambiente: nanosensores en dispositivos de control
medioambiental.
Documento
2
Aplicaciones industriales de las nanotecnologías en España en el
horizonte 2020
Autor Fundación OPTI
DT1 Metalmecánica, transporte: aleaciones más ligeras y resistentes para
piezas, chasis y carrocerías.
DT2 Mecánica, transporte: nanomateriales compuestos para neumáticos
con mayor adherencia y resistencia a la abrasión.
DT3 Energía, transporte: nanomateriales para mejorar el rendimiento y la
fiabilidad de los sistemas de propulsión, con reducción de emisiones.
DT4 Mecánica, transporte: sensores y actuadores que mejoran la seguridad
y los automatismos.
DT5
Energía, renovables: nanomateriales sustitutos del silicio, para
aprovechar las radiaciones infrarrojas y ultravioletas para generar
energía.
DT6
Energía, renovables: nanomateriales como catalizadores para obtención
de combustibles líquidos e hidrógeno para pilas de combustible,
sistemas bio-inspirados.
DT7 Energía, almacenamiento de energía: nanomateriales para controlar la
captura y liberación del hidrógeno.
DT8 Energía, transporte de energía: materiales nanoconductores
superestructurados y nanotubos de alta conductividad.
DT9 Medio ambiente: nanosensores en dispositivos de control
medioambiental.
DT10 Medio ambiente, remediación: catalizadores basados en
nanoestructuras para destruir moléculas peligrosas y contaminantes.
DT11 TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de
conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS).
DT12 TIC y electrónica: nuevos transistores y circuitos basados en nanotubos
93
de carbono.
DT13 TIC y electrónica: espintrónica.
DT14 TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de
memoria nanométricos.
DT15 TIC y electrónica: aplicaciones en optoelectrónica, la fotónica y los
sistemas embebidos.
DT16 Agroalimentación, seguridad alimentaria: uso de biosensores para
control de calidad.
DT17 Agroalimentación, alimentos: envases activos que conservan el
producto e informan al consumidor sobre su estado.
DT18 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores.
DT19 Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como
marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.
DT20 Salud, medicina regenerativa: uso de biomateriales biomiméticos
(biomateriales inteligentes, moléculas bioactivas de señalización).
DT21 Salud, medicina regenerativa: biomateriales de tercera generación con
polímeros reabsorbibles a nivel molecular.
DT22 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que
sustentan el crecimiento del tejido.
DT23 Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre.
DT24 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT25 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).
Documento
3
Responsible Development of Nanotechnology: Turning Vision Into
Reality
Autor: Business and Industry Advisory Committee to the OECD (BIAC)
DT1 Metalmecánica, transporte: materiales más ligeros y más fuertes en
vehículos de transporte.
DT2 Energía, transporte: diseño de los motores de combustión más
eficiente.
DT3 Energía, almacenamiento: “súper-capacitores", que permiten el
almacenamiento de grandes cantidades de energía.
DT4 Energía, renovables: celdas solares más eficientes y pilas de
94
combustible.
DT5 Energía, renovables: pilas de combustible.
DT6 Agroalimentación, agricultura: fertilizantes inteligentes que reaccionan a
las condiciones ambientales.
DT7 Agroalimentación, seguridad alimentaria: biosensores para control de la
calidad.
DT8 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT9 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que
sustentan el crecimiento del tejido.
DT10 Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: nanopartículas magnéticas o
paramagnéticas en la resonancia magnética (MRI).
DT11 TIC y electrónica: sensores inteligentes, optoelectrónica, electrónica
molecular, computación cuántica.
DT12 TIC y electrónica: circuitos con mayor capacidad de procesamiento y de
almacenamiento de información.
DT13 TIC y electrónica: dispositivos de memoria nanométricos.
DT14 Medio ambiente, remediación: nano partículas de hierro para oxidar los
contaminantes orgánicos.
DT15 Medio ambiente, remediación: separación de metales pesados
(mercurio, plomo, arsénico) mediante materiales nano-porosos.
DT16 Medio ambiente, remediación: dendrímeros poliméricos para separar y
atrapar contaminantes.
DT17 Medio ambiente: nanomateriales cerámicos como aditivos del
combustible para reducir los contaminantes del aire.
DT18 Medio ambiente, remediación: eliminación de contaminantes en agua
potable y aguas residuales.
Documento
4
International Strategy and Foresight Report on Nanoscience and
Nanotechnology
Autor Dr. Wolfgang Luther, Consultant, VDI Technologiezentrum GmbH
DT1
TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de
memoria nanométricos, memorias masivas miniaturizadas ultra
integradas.
95
DT2
TIC y electrónica: uso de memorias MRAM, como sustituto de las
memorias DRAM con no volatilidad de datos y menor consumo de
energía.
DT3 TIC y electrónica: memorias de datos basados moléculas biológicas y
puntos cuánticos (quantum dots).
DT4 TIC y electrónica: diodos orgánicos emisores de luz (OLED) o pantallas
de emisión de campo basada en nanotubos de carbono (CNT-FED).
DT5 TIC y electrónica: electrónica portátil (en textiles fibras).
DT6 TIC y electrónica: dispositivos de realidad virtual o aumentada en el
lugar de trabajo o de ocio.
DT7
Energía, almacenamiento: baterías, pilas de combustible en miniatura,
convertidores termoeléctricos o células solares para dispositivos
portátiles.
DT8 Mecánica, transporte: nanomateriales compuestos para neumáticos
con mayor adherencia y resistencia a la abrasión.
DT9
Metalmecánica, transporte: materiales más ligeros y más fuertes en
vehículos de transporte, polímeros con refuerzo de nanopartículas,
nanotubos de carbono para las estructuras ultra-ligeras.
DT10 Energía, almacenamiento: celdas de combustible y almacenamiento de
hidrógeno.
DT11 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT12 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).
DT13
Salud, diagnóstico médico in-vivo/imagen: imagen por resonancia
magnética [MRI] y ultrasonido, uso de nanopartículas magnéticas o
paramagnéticas.
DT14 Salud, terapéutica: terapia hipertérmica para tratamiento del cáncer.
DT15 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, ingeniería de tejidos.
DT16 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que
sustentan el crecimiento del tejido.
DT17 Salud, medicina regenerativa: uso de biomateriales, nanocompuestos
de aleaciones de titanio (mayor biocompatibilidad).
DT18 Salud, diagnóstico médico in-vitro: dispositivos lab-on-chip.
96
DT19 Agroalimentación, alimentos: formulaciones de vitaminas y precursores
como nanopartículas.
DT20
Agroalimentación, alimentos: envases activos que conservan el
producto e informan al consumidor sobre su estado, polímeros
reforzados con nanopartículas de baja permeabilidad a los gases.
DT21 Agroalimentación, alimentos: uso de biosensores para control de
calidad.
DT22 Energías, renovables: celdas solares más eficientes con superficies
nanoestructuradas con nanocapas o nanofilamentos.
DT23 Energía, renovables: nanomateriales y elementos electrónicos plásticos
combinados en semiconductores fotovoltaicos.
DT24 Energía, almacenamiento: nanopartículas y nanotubos en baterías y
pilas de combustible.
DT25 Energía, almacenamiento: almacenamiento de hidrógeno en materiales
nanoestructurados.
DT26 Medio ambiente, remediación: nanopartículas catalizadoras como
aditivo para el combustible para eliminar contaminantes.
Documento
5
Report to the President and Congress on The Third Assessment of The
National Nanotechnology Initiative
Autor: Executive Office of the President, President’s Council of Advisors on
Science and Technology
DT1 Salud, diagnóstico in-vivo, secuenciación genómica de bajo costo.
DT2 Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como
marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.
DT3 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, nanosensores para la
detección de biomarcadores clínicos.
DT4 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes.
DT5 Agroalimentación, seguridad alimentaria: biosensores.
DT6 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT7 TIC y electrónica: transistores de grafeno, semiconductores.
DT8 Energía, renovables: nanomateriales como catalizadores para obtención
de combustibles líquidos.
97
DT9 Medio ambiente: nanopartículas catalizadoras como aditivo para el
combustible para eliminar contaminantes.
DT10 Energía: baterías, convertidores termoeléctricos o celdas solares para
dispositivos inalámbricos.
DT11 TIC y electrónica: metamateriales, materiales sintéticos que permiten la
manipulación de los campos electromagnéticos.
DT13 Energía, termoelectricidad: nanocables termoeléctricos de silicio para
conversión de calor en electricidad.
DT14 Energía, renovables: celdas solares plasmón mejoradas, con
nanopartículas metálicas.
DT15
TIC y electrónica: circuitos con mayor capacidad de procesamiento y de
almacenamiento de información y dispositivos de memoria
nanométricos.
DT16 TIC y electrónica: dispositivos de memoria nanométricos.
Documento
6 UK Strategy for Nanotechnology
Autor Dr. Thierry Bontoux (TBx Consulting Ltd) and Mr. Tom Warwick
(NanoInk Inc.)
DT1 Energía, renovables: celdas fotovoltaicas más eficientes.
DT2 Energía, almacenamiento de energía.
DT3 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT4 Salud, diagnóstico médico in-vivo.
DT5 Salud, diagnóstico médico in-vitro.
DT6 TIC y electrónica: espintrónica.
DT7 TIC y electrónica: electrónica molecular, computación cuántica.
DT8 TIC y electrónica: memorias con menor consumo de energía.
DT9 TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de
conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS).
Documento
7 GENNESYS White Paper 2009
Autor European Commission - European Initiative on Nanoscience and
Nanotechnology
98
DT1 TIC y electrónica: dispositivos con mayores funcionalidades, mayor
flexibilidad y fiabilidad, y un mejor rendimiento.
DT2 TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de
memoria nanométricos, menor consumo de energía.
DT3 TIC y electrónica: comunicación y la computación cuántica, aplicaciones
en fotónica.
DT4 TIC y electrónica: semiconductores magnéticos.
DT5 TIC y electrónica: espintrónica.
DT6 Salud, terapéutica: nuevos sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT7 Agroalimentación alimentos: nuevas formulaciones de alimentos
adecuados para trastornos alérgicos o de nutrición.
DT8 Energía/renovables: nuevos materiales nanoestructurados.
DT9 Medio ambiente, remediación: remediación de suelos y aguas
subterráneas, la purificación del aire y la detección de la contaminación.
DT10 Seguridad, antiterrorismo: detección de amenazas.
Documento
8
Vision Paper and Basis for a Strategic Research Agenda for
NanoMedicine
Autor European Commission, High-Level Group European Technology
Platform on NanoMedicine (ETP)
DT1 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, micro-
laboratorios y dispositivos lab-on-chip.
DT2 Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin
etiquetas utilizando, por ejemplo, polímeros conductores o sensores.
DT3 Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de
moléculas como sensores inteligentes.
DT4 Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como
marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.
DT5
Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: imagen por resonancia
magnética [MRI] y ultrasonido, uso de nanopartículas magnéticas o
paramagnéticas, nanopartículas fluorescentes como emisores de la
señal.
DT6 Salud, diagnóstico médico in-vivo: nano sondas especificas con
99
capacidad de penetrar en la célula.
DT7 Salud, terapéutica: terapia hipertérmica para tratamiento del cáncer.
DT8 Salud, terapéutica: dispositivos de transfección para usos terapéuticos
(dispositivos que pueden atravesar las barreras biológicas).
DT9 Salud, terapéutica: diagnóstico precoz, tratamiento y control de la
terapia (teranóstica).
DT10 Salud, diagnóstico médico in-vivo: dispositivos implantables como la
píldora ingerible de imagen y nuevos instrumentos endoscópicos.
DT11 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT12 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).
DT13 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que
sustentan el crecimiento del tejido.
DT14 Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre.
DT15 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y
multifuncionales.
DT16 Salud, medicina regenerativa: biomateriales sensores para la activación
de genes.
DT17 Salud, medicina regenerativa: pruebas de toxicidad in-vitro e in vivo de
las nanopartículas artificiales.
Documento
9 Roadmaps in Nanomedicine: Towards 2020
Autor European Commission, European Technology Platform on
NanoMedicine
DT1 Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como
marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.
DT2 Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin
etiquetas.
DT3 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, micro-
laboratorios y dispositivos lab-on-chip.
DT4 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT5 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y
100
multifuncionales.
DT6 Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre.
Documento
10 Nanotechnology Research Directions for Societal Needs in 2020
Autor M.C. Roco; C.A. Mirkin; M.C. Hersa
DT1 Medio ambiente, remediación: sistemas fotocatalíticos solares y
sistemas de separación de contaminantes residuales.
DT2 Medio ambiente, remediación: nanopartículas y nanofibras funcionales
en sistemas de bioremediación ambiental.
DT3 Medio ambiente: captura de carbono y nitrógeno mediante
nanoestructuras y su reutilización industrial.
DT4 Energía, renovables: nanopartículas y puntos cuánticos en dispositivos
fotovoltaicos.
DT5 Energía: mejoramiento de baterías de vehículos eléctricos.
DT6 Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin
etiquetado.
DT7 Salud, diagnóstico médico in-vivo/imagen: uso de nanopartículas como
marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.
DT8 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT9 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).
DT10 Salud, medicina regenerativa: implantes, ingeniería de tejidos.
DT11 Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre.
Documento
11 Nanoscience and Future Trends in Medical Technologies
Autor R. Moore, Institute of Nanotechnology, Stirling, United Kingdom
DT1 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, micro-
laboratorios y dispositivos lab-on-chip.
DT2 Salud diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como
marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.
DT3 Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanocápsulas recubiertas con
polímeros, dendrímeros y nanoesferas de oro.
DT4 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
101
fármacos.
DT5 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que
sustentan el crecimiento del tejido.
Documento
12
Roadmaps at 2015 on Nanotechnology Application in the Sectors of:
Materials, Health & Medical Systems, Energy
Autor AIRI/Nanotec IT, Nanoroadmap (NRM) Project Coordinator and partners
DT1 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de
fármacos.
DT2 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).
DT3 Salud, terapéutica: diagnóstico precoz, tratamiento y control de la
terapia (teranóstica).
DT4 Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanopartículas como marcadores o
agentes de contraste en pruebas diagnósticas.
DT5 Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: nanopartículas magnéticas o
paramagnéticas (gadolinio y óxidos de hierro superparamagnético).
DT6 Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanocápsulas recubiertas con
polímeros, dendrímeros, y las microburbujas.
DT7 Salud, diagnóstico médico in-vivo: puntos cuánticos para obtener
imágenes eficientes y multicolores de muestras biológicas.
DT8 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores implantables, biochips,
micro-laboratorios y dispositivos lab-on-chip.
DT9 Salud, diagnóstico médico in-vitro: nanomateriales programables
basados en proteínas.
DT10 Salud, diagnóstico médico in-vitro: matrices genómicas.
DT11 Salud, diagnóstico médico in-vitro: películas delgadas, capas y
superficies con biopolímeros y nanopartículas.
DT12 Agroalimentación, seguridad alimentaria: nanobiosensores para control
de la calidad.
DT13
Energía, renovables: celdas solares más eficientes con superficies
nanoestructuradas con nanocapas delgadas, materiales nanocristalinos
y nanopartículas.
DT14 Energía, renovables: puntos cuánticos, pozos cuánticos, nanotubos de
carbono, nanocables y dendrímeros, en dispositivos fotovoltaicos.
102
DT15 Energía, termoelectricidad: películas delgadas, materiales
nanocristalinos, nanopartículas y las superredes.
DT16 Energía, almacenamiento: “súper-capacitores" que permiten el
almacenamiento de grandes cantidades de energía.
DT17 Energía, almacenamiento: fuentes de alimentación de dispositivos
portátiles.
DT18
Energía, almacenamiento: nanopartículas, materiales nanocristalinos,
películas, capas y superficies delgadas, los nanotubos de carbono y
nanocables.
Documento
13 Nanotechnology: The Future is Coming Sooner Than You Think
Autor Joint Economic Committee, United States Congress
DT1 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como estructuras
“andamio” que sustentan el crecimiento del tejido.
DT2 Salud terapéutica: dispositivos de transfección para usos terapéuticos
(dispositivos que pueden atravesar las barreras biológicas).
DT3 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).
DT4 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y
multifuncionales.
DT5 Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de
moléculas como sensores inteligentes.
DT6 TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de
memoria nanométricos.
DT7 Energía, almacenamiento: uso de “súper-capacitores", que permiten el
almacenamiento de grandes cantidades de energía.
DT8 TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de
conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS).
Documento
14
“Nanomedicine. An ESF – European Medical Research Councils (EMRC)
Forward Look report”.
Autor European Science Foundation
DT 1 Nanomateriales y nanodispositivos, nuevos materiales para la detección
de analitos múltiples y complicados para la medición in vitro.
DT 2 Nanomateriales y nanodispositivos, nuevos materiales para aplicaciones
103
clínicas, como la ingeniería tisular, medicina regenerativa y la
visualización en 3D de múltiples señales biomoleculares.
DT 3 Nanomateriales y nanodispositivos, dispositivos y sensores in vivo
móviles, funcional y telemétricamente controlados.
DT 4
Nanomateriales y nanodispositivos, sistemas arquitectónicos variados
para el diagnóstico y la administración de fármacos combinados
(teranóstica).
DT 5 Nanomateriales y nanodispositivos, avance de métodos bioanalíticos
para el análisis de una sola molécula.
DT 6
Nanoimaging and analytical tools, uso y perfeccionamiento de
nanotécnicas existentes en tejidos normales y patológicos para la
comprensión de la iniciación y progresión de la enfermedad.
DT 7
Nanoimaging and analytical tools, desarrollo de nanotécnicas nuevas
para el monitoreo en tiempo real de procesos moleculares y celulares y
proyección de imágenes moleculares para estudiar procesos
patológicos en vivo.
DT 8
Nanoimaging and analytical tools, traducción de investigación basada en
imágenes moleculares a nanoescala utilizando las herramientas de
modelos animales para aplicaciones clínicas.
DT 9
Nanoimaging and analytical tools, cerrando la brecha entre las
tecnologías moleculares y celulares y las nanotecnologías de
diagnóstico clínico.
DT 10 Nanoimaging and analytical tools, desarrollo de un enfoque multimodal
para las tecnologías de nanoimagen.
DT 11
Nanoimaging and analytical tools, diseño de nanoherramientas
analíticas in vivo no invasivas con alta reproducibilidad, sensibilidad y
fiabilidad para su uso en señales de advertencia de enfermedades pre-
síntomas, detección simultánea de varias moléculas, análisis de todos
los componentes sub-celulares a nivel molecular, y la sustitución de los
anticuerpos así como la detección de reactivos por otras técnicas
analíticas.
DT 12 Novel therapeutics and drug delivery systems, aplicación de la
nanotecnología para desarrollar materiales estructurados
104
multifuncionales con posibilidades de marketing o funcionalidades que
permiten el transporte a través de barreras biológicas.
DT 13
Novel therapeutics and drug delivery systems, scaffolds
nanoestructurados (ingeniería de tejidos), dispositivos sensibles a
estímulos y tratamientos físicos específicos.
DT 14
Novel therapeutics and drug delivery systems, nanoestructuras
inteligentes tales como biosensors acoplados a sistemas de entrega.
DT 15
Clinical applications and regulatory issues, enfoque orientado a la
enfermedad para el desarrollo de la nanomedicina en aplicaciones
clínicas específicas.
DT 16
Clinical applications and regulatory issues, enfoque caso por caso para
la evaluación clínica y regulatoria de la nanomedicina.
DT 17
Toxicology, una mejor comprensión de las implicaciones toxicológicas
de la nanomedicina en relación con las propiedades del material y el
uso previsto por el paciente susceptible y potencialmente predispuesto.
DT 18
Toxicology, consideración del impacto ambiental potencial, del proceso
de manufactura y aplicaciones clínicas de última instancia en
investigaciones toxicológicas para nanomedicina.
DT 19
Toxicology, evaluación beneficio-riesgo de los efectos agudos y a largo
plazo de la nanomedicina con especial consideración de la naturaleza
de la enfermedad.
DT 20
Toxicology, un cambio de la evaluación de riesgos para la gestión
proactiva del riesgo en la primera etapa de descubrimiento y desarrollo
de la nueva nanomedicina.
Documento
15 Technology Foresight on Danish Nanoscience and Nanotechnology
Autor Ministry of Science Technology an Innovation
DT 1
Nanomedicine and drug delivery, aplicación práctica de sistemas
inteligentes en los sistemas de administración de fármacos que
supervisan el estado de las células en el cuerpo e informan por ejemplo,
105
del surgimiento de un cáncer o pequeños coágulos de sangre.
DT 2
Nanomedicine and drug delivery, desarrollo de nanocápsulas de auto-
montaje que consta de polímeros funcionalizados para reconocimiento
de células específicas, libración controlada de sustancias activas y
ocultación de partícula desde el sistema imunológico del cuerpo.
DT 3
Nanomedicine and drug delivery, desarrollo y diseño de materiales
biocompatibles para la administración de fármacos, solución de
problemas de liberación lenta, paso de la barrera sangre-cerebro, etc.
DT 4
Biocompatible materials, nanomedicine and drug delivery, desarrollo de
nuevos tipos de fármacos (por ejemplo, auto-ensamblaje de péptidos
y/o hebras de ADN en los complejos bioactivos) basado en
interacciones a nano-escala y conjuntos estructurales.
DT 5
Biocompatible materials, desarrollo de la nanobiotecnología para la
reparación de defectos de las neuronas por la aplicación de
nanoestructuras conductoras de electricidad.
DT 6
Biocompatible materials, aplicación práctica de superficies sintéticas
con propiedades biológicas para uso en implantes, prótesis y equipo
técnico-médico en caso de contacto prolongado con células o tejidos
humanos.
7
Biocompatible materials, aplicación práctica de las superficies
nanodiseñadas que promueven o inhiben la adhesión de, por ejemplo,
bacterias o algas (antifouling).
DT 8
Nanosensors and nanofluidics, la aplicación práctica de NEMS (sistemas
nano-electro-mecánicos) para la detección selectiva de moléculas
específicas o células, medición de generación de calor, la medición de
energías de enlace, etc.
DT 9
Nanosensors and nanofluidics, desarrollo de sistemas de sensores
distribuidos muy eficientes sobre de una combinación de chips CMOS y
sensores NEMS, que suministran la información medida usando
tecnología inalámbrica, por ejemplo, el monitoreo ambiental, control de
procesos, control de clima interior y la seguridad del tráfico.
DT 10 Nanosensors and nanofluidics, aplicación práctica de sistemas "lab-on-a-
chip" basados en nano-óptica y sistemas de manejo de líquidos
106
nanofluídicos para el diagnóstico de puntos de atención.
DT 11 Nanosensors and nanofluidics, aplicación práctica de los sensores
implantados, por ejemplo, para el monitoreo de infecciones.
DT 12
Plastic electronics, la aplicación práctica de la electrónica de polímeros
(pantallas y sensores) integrados en el envase, lo que hará posible el
seguimiento de la condición general y la historia de las mercancías
durante el transporte y almacenamiento.
DT 13
Plastic electronics, aplicación práctica de los transistores de polímero
integrados en equipos de un solo uso para fines analíticos en la
atención primaria de salud.
DT 14 Plastic electronics, aplicación práctica de las pantallas de plástico
multicolores en vez de pantallas de cristal líquido.
DT 15 Plastic electronics, aplicación práctica de las etiquetas RFID basado en
polímeros FETs.
DT 16 Plastic electronics, la aplicación práctica de la tecnología de células
solares basadas en la electrónica de polímeros y la óptica de polímero.
DT 17
Nano-optics and nanophotonics, aplicación práctica de las fibras
microestructurados en su dirección longitudinal para su uso en láseres
de alta potencia (soldadura, fuentes de luz en pantallas grandes, etc.),
unidades de generación supercontinuum y usos especiales en sistemas
de comunicaciones ópticas, interruptores, etc.
DT 18
Nano-optics and nanophotonics, aplicación práctica de compactos,
componentes planos nano-microestructurados a bajo precio con
circuitos ópticos integrados basados en lagunas de banda fotónica.
Aplicación en sensores y fibra para el hogar.
DT 19
Nano-optics and nanophotonics, desarrollo de nuevos sensores o
interruptores ópticos basados en el llenado (con líquidos,
recubrimientos o cristales líquidos) de la estructura fina de las fibras de
cristal ópticos.
DT 20
Nano-optics and nanophotonics, revestimientos o cristales líquidos de la
estructura fina de las fibras de cristal ópticos. La aplicación práctica de
procesamiento de la señal simple (tal como la modulación, la longitud
de onda de conversión, mezcla de cuatro ondas y la conjugación óptica)
107
sobre la base de estructuras PBG con una función de elementos
ópticos de gran no linealidad.
DT 21
Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de
catalizadores a medida y otros nanomateriales funcionales de métodos
in situ, métodos teóricos, y similares.
DT 22
Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de
almacenamiento de hidrógeno en forma química, por ejemplo, metano,
metanol o amoníaco o en la forma de hidruros metálicos, utilizando
nuevos materiales basados en nanotecnología, nanopartículas.
DT 23
Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de nuevas,
baratas pilas de combustible SOFCs y PEM con una larga vida útil en
condiciones reales.
DT 24
Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., desarrollo y mejora de
catalizadores basados en enzimas naturales, eficiente a bajas
temperaturas y presiones.
DT 25
Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de
nanosistemas para la catálisis específica para la descomposición de
contaminantes en la naturaleza usando preorganisation de los reactivos,
la catálisis y la liberación del producto.
DT 26
Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de
aleaciones o de materiales cerámicos que cristalizan con tamaño de
grano muy pequeño (de alta resistencia y buena trabajabilidad) para los
productos de alto valor, desde lo micro a lo macro escala, de los
implantes a equipamiento deportivo.
DT 27
Nanomaterials with new functional properties, desarrollo de
nanocompuestos que son más fuertes, y tiene mejor estabilidad
térmica y resistencia química, que los polímeros puros. Las mejoras en
la resistencia a la corrosión, absorción de sonido, la consolidación de
las piezas fabricadas y reciclabilidad.
DT 28
Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de
textiles tejidos y no tejidos hechos de fibras de polímero en las industria
del textil y la higiene.
DT 29 Nanomaterials with new functional properties, desarrollo de nuevos
108
tipos de recubrimientos con funciones integradas, que se logra
mediante la construcción de una funcionalidad química, a través de
nanopartículas, o por medio de una topología nanoestructurada.
DT 30
Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de
copolímeros de bloques para el desarrollo de superficies de auto-
reparación (el propio material asegura que es el bloque funcional
correcta que está expuesta).
DT 31
Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de
materiales nanoporosos como filtros en la industria de alimentos y
bebidas.
DT 32
Nanomaterials with new functional properties, desarrollo de materiales
termoeléctricos con propiedades radicalmente mejoradas para la
refrigeración y la producción de energía, basados en estructuras de
tamaño nano.
Documento
16 Nanotechnology – a Key Technology for the Future of Europe
Autor
Ottilia Saxl, founder and CEO of the Institute of Nanotechnology, UK, for
the European Commission Expert Group on Key Technologies for
Europe.
DT 1 Healthcare, monitorización remota de la salud, diagnósticos no
invasivos.
DT 2
Healthcare, análisis rápido de las predisposiciones genéticas a la
enfermedad que llevan a terapias basadas en el genoma. Imagen
basada en nano y focalización de fármacos y entrega para la
identificación temprana y tratamiento mínimamente tóxico de la
enfermedad. Medicina regerativa.
DT 3 Drug, liberación de hormonas basado en las necesidades usando
tecnología derivada de la electrónica.
DT 4 Healthcare, amigable para el paciente, implantes inteligentes cocleares
y de retina.
DT 5 Healthcare, textiles médicos, con monitoreo de la salud, transmisión de
información y capacidades terapéuticas.
DT 6 Healthcare, vendas nanoestructuradas que fomentan el crecimiento
109
celular.
DT 7 Healthcare, reducción de la infección, a través de textiles, superficies y
apósitos anti-bacterianos.
DT 8
Healthcare, nano-tecnologías habilitadas para la calidad de vida de los
ancianos y enfermos (pantallas interactivas flexibles y ligeras /
'ayudantes' robot) activado verbalmente, por un mínimo movimiento o
pensamiento uniforme.
DT 9 Healthcare, diagnósticos y tratamientos asequibles para el VIH Sida, la
tuberculosis y la malaria.
DT 10 Food, menos desperdicio, embalajes feature-rich (capaz de detectar
pesticidas, deterioro, informar sobre procedencia, etc.)
DT 11 Food, embalaje antibacteriano y superficies de preparación de
alimentos, por ejemplo utilizando nanopartículas de plata.
DT 12 Agriculture, nanosensores para el monitoreo de la salud del suelo.
Documento
17
Systemic scenarios of nanotechnology: Sustainable governance of
emerging technologies
Autor Arnim Wiek, Lukas Gasser, Michael Siegrist
DT 1 Increase of agricultural efficiency, Nanoredes inalámbricas en campos
agrícolas, cápsula de plaguicidas.
DT 2
Enhancement of nutritional quality, nanoredes inalámbricas en los
campos, material de embalaje, nanoestructuras que detectan bacterias
y virus, aditivos de alimentos funcionales.
DT 3
Increase of efficiency of information technology hardware, dispositivos
controlados por eventos de electrones individuales, datos de
almacenamiento (MRAM, DRAM), pantallas, procesadores, bio-nano-
dispositivos, chips, memoria de estado sólido, circuitos fotónicos, rayos
láser.
DT 4
Improvement of the quality of medical, pharmaceutical and cosmetic
products, filtros solares, barras de labios, cremas dentales,
regeneración de tejidos, crecimiento y reparación, células humanas
dirigidas para la reparación de órganos, cápsulas de liberación de
fármacos, implantes, chips de diagnóstico, recubrimientos
antibacterianos, los chips subcutáneos, dispositivos de audición y
110
visión, nanovacuoles para la entrega de genes, el descubrimiento y el
tratamiento del cáncer, ingeniería neuromórfica.
Documento
18 Nanofrontiers. Visions for the future of nanotechnology (2007)
Autor Karen F. Schmidt. Woodrow Wilson International Center for Scholars.
Project on Emerging Nanotechnologies
DT 1 Nuevos métodos para el diagnóstico de enfermedades basado en
nanoherramientas para imágenes de tejidos y para el análisis de sangre.
DT 2 Diagnóstico de enfermedades a través de biomarcadores e imagen.
DT 3 Nanomedicina, pruebas de diagnóstico basadas en nano.
DT 4 Nanomedicina, nuevas nanoestructuras que imitan las biomoléculas
complejas.
DT 5 Nanomedicina, “lab-on-a-chip” device -usando nanotecnología- para
llevar a cabo un análisis completo de una gota de sangre.
DT 6
Nanomedicina, nuevos dispositivos nanopore están listos para hacer la
secuenciación completa del genoma rápido, barato y ampliamente
disponible.
DT 7 Nanomedicina, dispositivos de monitoreo basado en nano.
DT 8 Nanomedicina, tejidos artificiales nanoestructurados.
DT 9 Nanomedicina, nanomateriales scaffolds.
Documento
19
The Global Technology Revolution 2020, In-Depth Analyses
Bio/Nano/Materials/Information Trends, Drivers, Barriers, and Social
Implications
Autor Richard Silberglitt, Philip S. Antón, David R. Howell, Anny Wong. RAND
Corporation.
DT 1 Nanotecnología- electrónica habilitada.
DT 2 Tecnología nodo 16-nanómetros.
DT 3 Diseños de circuitos CMOS escalables.
DT 4 Ingeniería de nuevas arquitecturas chip nanoelectrónicas.
DT 5 Diseños y sistemas de materiales Non-CMOS (nanotubos de carbono,
interruptores moleculares, etc.).
Documento
20
BfR Delphi Study on Nanotechnology Expert Survey of the Use of
Nanomaterials in Food and Consumer Products
111
Autor Federal Institute for Risk Assessment
DT 1 Food, vitaminas encapsuladas.
DT 2 Food, membranas de nanotubos de carbono.
DT 3 Food, dióxido de silicio como agente de goteo.
DT 4 Food, dióxido de titanio como revestimiento.
DT 5 Food, dióxido de silicio como agente espesante.
DT 6 Food, micelas nanoescala para agentes antioxidantes.
DT 7 Food, plata para aumentar el sistema inmunitario.
Documento
21
Nanomaterial Roadmap 2015. Roadmap Report Concerning the Use of
Nanomaterials in the Medical & Health Sector
Autor
René de Groot (Syntens – Stiching Syntens, Innovation Network for
Entrepreneur, Netherland) Dr. Jonathan Loeffler, Dr. Ulrich Sutter
(Steinbeis-Europa-Zentrum, Germany).
DT 1 Drug delivery, core shell nanoparticles or nanoshells.
DT 2 Drug delivery, DNA nanoparticles.
DT 3 Fullerenes.
DT 4 Drug delivery, gold (Au) nanoparticles.
DT 5 Drug delivery, gold shell nanoparticles.
DT 6 Drug delivery, nanomagnets like iron oxide (Fe2O3) and iron carbon
coated [Fe-C] nanoparticles.
DT 7 Drug delivery, lipid nanocontainers or liposomes (vesicles that consist of
one to several chemically active lipid bilayers).
DT 8 Drug delivery, peptide based self-assembling materials.
DT 9 Drug delivery, peptides for molecular recognition.
DT 10 Drug delivery, platinum nanoparticles.
DT 11 Drug delivery, poly (L-lactic acid) (PLLA) nanofibers.
DT 12 Drug delivery, poly (N-isopropyl acrylamide) NIPAM/PNIPAM.
DT 13 Drug delivery, poly (alkylbenzene)-Poly(diene) PAB-PDM nanoparticles.
DT 14 Drug delivery, poly ([bis(trifluoroehtoxy)phoasphazene (PTFP) nanofibers.
DT 15 Drug delivery, poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA) nanofibers.
DT 16 Drug delivery, polymethacrylic acid, polyethylene oxide (PMMA/PEO)
nanostructures.
DT 17 Drug delivery, polypyrrole (PPY) nanotubes.
112
DT 18 Drug delivery, self assembling protein nanoparticles.
DT 19 Drug delivery, silver (Ag) nanoparticles.
DT 20 Drug delivery, virus particles.
DT 21 Diagnóstico por imagen, core shell nanoparticle.
DT 22 Diagnóstico por imagen, fullerenes.
DT 23 Diagnóstico por imagen, gold (Au)- nanoparticles.
DT 24 Diagnóstico por imagen, gold shell nanoparticle.
DT 25 Diagnóstico por imagen, polyacrylonitrile (PAN) nanostructures.
DT 26 Diagnóstico por imagen, poly-ethylene glicol (PEG) nanostructures.
DT 27 Diagnóstico por imagen, POSS nanostructured catalysts.
DT 28 Diagnóstico por imagen, quantum dot (nanoparticle).
DT 29 Diagnóstico por imagen, silver (Ag)- nanoparticles.
DT 30 Cosmetics, biological composite materials.
DT 31 Cosmetics, hydrophobic fumed silica nanoparticles.
DT 32 Cosmetics, lipid nanocontainers.
DT 33 Cosmetics, polymer matrix filled with activated silver (AG-AG3PO4)
nanocomposite.
DT 34 Cosmetics, polymethacrylic acid/ polyethylene oxide (PMAA/PEO)
nanoestructuras.
DT 35 Cosmetics, polypyrrole (PPY) nanotubes.
DT 36 Cosmetics, / POSS nanoestructured catalysts.
DT 37 Cosmetics, self-assembling protein.
DT 38 Cosmetics, silica (SiO2)- nanoparticles, coating.
DT 39 Cosmetics, silver (Ag)- nanoparticles.
DT 40 Drug discovery, core shell nanoparticle.
DT 41 Drug discovery, DNA nanoparticle.
DT 42 Drug discovery, fullerenes.
DT 43 Drug discovery, gold (Au)- nanoparticles.
DT 44 Drug discovery, lipid nanocontainers.
DT 45 Drug discovery, peptide based self-assembling materials.
DT 46 Drug discovery, platinum (Pt)- nanoparticles.
DT 47 Drug discovery, self- assembling protein.
DT 48 Drug discovery, virus particles.
113
DT 49 Diagnostic, core shell nanoparticle.
DT 50 Diagnostic, DNA nanoparticle.
DT 51 Diagnostic, DNA-hybrids.
DT 52 Diagnostic, peptides for molecular recognition.
DT 53 Diagnostic, quantum dot (nanoparticle).
DT 54 Cirugía e implantes, poly [bis(trifluoroethoxy)phosphazene] (PTFP)
nanofibers.
DT 55 Cirugía e implantes, poly- ethylene glicol (PEG) nanostructures.
DT 56 Cirugía e implantes, polymer matrix filled with activated silver (AG-
AG3PO4 nanocomposite.
DT 57 Cirugía e implantes, POSS nanostrustured catalysts.
DT 58 Cirugía e implantes, self-assembling protein.
DT 59 Cirugía e implantes, silicon carbide (SiC) nanofibers.
DT 60 Cirugía e implantes, silver (Ag)- nnanoparticles.
DT 61 Cirugía e implantes, stainless steel- bulk material with nano-grains.
DT 62 Cirugía e implantes, synthetic hectorite (clay platelets).
DT 63 Cirugía e implantes, titanium (Ti)- bulk material with nano-grains.
DT 64 Cirugía e implantes, titanium (Ti) nanoparticles.
DT 65 Cirugía e implantes, zirconia (partially stabilized) (ZrO2)- bulk material
with nano-grains.
DT 66 Ingeniería de tejidos, core shell nanoparticle.
DT 67 Ingeniería de tejidos, DNA nanoparticle.
DT 68 Ingeniería de tejidos, hydroxyapatite.
DT 69 Ingeniería de tejidos, PLLA nanofibers.
DT 70 Ingeniería de tejidos, NIPAM/PNIPAM (bulk).
DT 71 Ingeniería de tejidos, [PMMA] nanostructured films.
DT 72 Ingeniería de tejidos, PTFP nanofibers.
DT 73 Ingeniería de tejidos, PANI nanotubes.
DT 74 Ingeniería de tejidos, PEG nanostructures.
DT 75 Ingeniería de tejidos, PLGA nanofibers.
DT 76 Ingeniería de tejidos, PS-PEO nanostrustured.
DT 77 Ingeniería de tejidos, (Ti)- Bulk material with nano-grains.
DT 78 Food, 2D DNA lattice.
114
DT 79 Food, biological composite materials - alimentos personalizados.
DT 80 Food, biological nanomotors.
DT 81 Food, cellulose, carbohydrate nanofibers.
DT 82 Food, core shell nanoparticle.
DT 83 Food, lipid nanocontainers.
DT 84 Food, montmorillonite nanoclays (platelet).
DT 85 Food, Ni-Ti- bulk material with nano-grains.
DT 86 Food, nylon clay (bulk).
DT 87 Food, peptide based self-assembling materials.
DT 88 Food, peptides for molecular recognition.
DT 89 Food, (PMMA/PEO) nanostructures.
DT 90 Food, polyolefin with clays (bulk).
DT 91 Food, rubber-clay nanocomposite (bulk).
DT 92 Food, self-assembling protein.
DT 93 Genomics & protemics, 2D DNA lattice.
DT 94 Genomics & protemics, core shell nanoparticle.
DT 95 Genomics & protemics/ DNA nanoparticle.
DT 96 Genomics & protemics, DNA-hybrids.
DT 97 Genomics & protemics, gold shell nanoparticle.
DT 98 Genomics & protemics, (PTFP) nanofibers.
DT 99 Genomics & protemics, quantum dot (nanoparticle).
DT 100 Genomics & protemics, virus particles.
Documento
22 Roadmap Report on Nanoparticles (2005)
Autor NRM (NanoRoadMap project). Project co-funded by the 6th Framework
Programme of the EC. Willems & van den Wildenberg (W&W)
DT 1 Potencia, energía, células solares sensibilizadas por colorante (por
ejemplo, utilizando TiO2).
DT 2 Potencia, energía, almacenamiento de hidrógeno (por ejemplo usando
metales híbridos).
DT 3 Potencia, energía, mejora de materiales ánodo y cátodo para pilas de
combustible de óxido sólido.
DT 4 Potencia, energía, fluidos de control térmico (por ejemplo usando Cu).
115
DT 5 Potencia, energía, catalizadores ambientales (por ejemplo, óxido de
cerio como aditivo diesel para mejorar la eficiencia de la combustión).
DT 6 Potencia, energía, convertidores catalíticos automotrices.
DT 7 Potencia, energía, varistores miniaturizados (por ejemplo ZnO dopado).
DT 8 Potencia, energía, catalizadores para pilas de combustible (por ejemplo
platino en las células PEM).
DT 9 Potencia, energía, polímeros conductores para placas bipolares en
celdas de combustible.
DT 10 Potencia, energía, mejora de electrodos en baterías y
supercondensadores (aumento de la capacidad, carga más rápida).
DT 11 Potencia, energía, aumento de la eficiencia de la generación de
hidrógeno a partir de agua (por ejemplo, de energía solar).
DT 12
Potencia, energía, catalizadores de gas a tecnologías líquidas,
tecnologías de gasificación de carbón, biodiesel y otros combustibles
sintéticos, etc.
DT 13 Salud, administración de fármacos dirigido.
DT 14 Salud, medicamento alternativo y los mecanismos de administración de
vacunas (por ejemplo, inhalación, vía oral en el lugar de la inyección).
DT 15 Salud/ Promotores de crecimiento óseo.
DT 16 Salud, tratamientos del cáncer.
DT 17 Salud, recubrimientos biocompatibles para implantes.
DT 18 Salud, protectores solares (por ejemplo, utilizando ZnO y TiO2),
cosméticos.
DT 19 Salud, bioetiquetado y detección (por ejemplo, usando Au).
DT 20 Salud, transportadores para fármacos con baja solubilidad en agua.
DT 21 Salud, fungicidas (por ejemplo, usando ZnO).
DT 22 Salud, agentes de contraste de MRI (por ejemplo, usando óxido de
hierro superparamagnético).
DT 23 Salud, nuevos compuestos dentales.
DT 24 Salud, agentes aglutinantes biológicos (por ejemplo, para niveles altos
de fosfato).
DT 25 Salud, antivirales, antibacterianos (por ejemplo Ag) cremas anti-esporas
no químicos y polvos (utilizando la energía de la tensión superficial en la
116
nanoescala para destruir las partículas biológicas).
DT 26 Medio ambiente, tratamiento de agua (tratamientos foto-catalíticos, por
ejemplo, utilizando TiO2).
DT 27 Medio ambiente, vidrio autolimpiable (por ejemplo, utilizando
recubrimientos nanoestructurados basados en TiO2).
DT 28 Medio ambiente, recubrimientos anti-reflectantes.
DT 29 Medio ambiente, artículos sanitarios.
DT 30 Medio ambiente, remediación del suelo (por ejemplo, utilizando Fe).
DT 31 Medio ambiente, administración controlada de herbicidas y pesticidas.
DT 32 Medio ambiente, recubrimientos antiincrustantes (reducir el uso de
químicos).
DT33 Electrónica, partículas magnéticas a nanaoescala para el
alamcenamiento de datos de alta densidad.
DT 34 Electrónica, blindaje EMI usando materiales conductores y magnéticos.
DT 35 Electrónica, circuitos electrónicos (por eejmplo, usando Cu, Al).
DT 36 Electrónica, mostrar tecnologías incluyendo dispositivos de emisión de
campo-(por ejemplo, utilizando óxidos conductores).
DT 37 Electrónica, ferro-líquidos (por ejemplo, utilizando materiales
magnéticos).
DT 38 Electrónica, dispositivos optoelectrónicos tales como interruptores (por
ejemplo, usando cerámica dopada con tierra rara).
DT 39 Electrónica, recubrimientos conductores y tejidos (por ejemplo, usando
cerámica dopada con tierra rara).
DT 40 Electrónica, planarización mecánico química- CMP (por ejemplo,
utilizando alúmina, sílice, óxido de cerio).
DT 41 Electrónica, los recubrimientos y materiales de unión para las fibras
ópticas (por ejemplo, basado en Si).
Documento
23 TECHNOLOGY ROADMAP FOR NANOELECTRONICS (2001)
Autor Ramón Compañó. European Commission. Directorate-General
Information Society
DT 1 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, transistores de electrones
individuales.
117
DT 2 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, yano memory.
DT 3 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivos nano-flash.
DT 4 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, Interband Tunelling Diode
(ITD).
DT 5 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, resonant tunnelling diode.
DT 6 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, rapid single flux quantum
logic RSFQ.
DT 7 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, nanoelectrónica molecular.
DT 8 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivos de válvula spin.
DT 9 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivo unión túnel
(Tunnel Junction Devices).
DT 10 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivos inyección spin
(spin injection devices).
DT 11 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, double electron waveguide
devices.
DT 12 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, the 3-terminal (Y-Branch)
switching devices.
DT 13 Nanoelectrónica, nanofabricación, litografía óptica.
DT 14 Nanoelectrónica, nanofabricación, litografía ultravioleta extrema.
DT 15 Nanoelectrónica, nanofabricación, litografía de proximidad de rayos X.
DT 16 Nanoelectrónica, nanofabricación, E-beam projection lithography and
scalpel.
DT 17 Nanoelectrónica, nanofabricación, proyección de haz de iones (ion
beam projection).
DT 18 Nanoelectrónica, nanofabricación, nanolitografía de haz de electrón
(electron beam nanolithography).
DT 19 Nanoelectrónica, nanofabricación scanning probe methods.
DT 20 Nanoelectrónica, nanofabricación impresión.
DT 21 Nanoelectrónica, nanofabricación, enfoques bottom up.
DT 22 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, circuitos de dispositivo de
túneles resonates (resonant tunnelling device circuits).
DT 23 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, circuitos QCA.
DT 24 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, sistemas en chip e innovaciones
118
en diseños de microprocesadores.
DT 25 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, procesamiento en paralelo
(parallel processing).
DT 26 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, computación basada en ADN
(DNA computing).
DT 27 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, redes neuronales artificiales
(artificial neural networks).
DT 28 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, procesamiento de información
cuántica -quantum information processing (QIP).
119
4. MATRIZ DE COINCIDENCIAS
Sector/Subsector Desarrollo tecnológico Documento
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
AGROALIMENTACIÓN
Agricultura
Fertilizantes inteligentes que
reaccionan a las condiciones
ambientales.
x x
Agricultura Nanosensores para monitoreo de
salud del suelo. x
Agricultura
Nanoredes inalámbricas en
campos agrícolas. Cápsula de
plaguicidas.
x
Agricultura Administración controlada de
herbicidas y pesticidas. x
Alimentos
Nuevas formulaciones de
alimentos y formulaciones con
vitaminas y precursores como
nanopartículas.
x x x
Alimentos Aditivos de alimentos
funcionales; vitaminas x x
120
encapsuladas; aumento sistema
inmunitario.
Alimentos Embalajes “featrure-rich”. x
Alimentos Membranas de nanotubos de
carbono. x
Alimentos Revestimientos. x
Alimentos Agentes: de goteo, espesantes,
antioxidantes. x
Alimentos Nanomotores biológicos. x
Alimentos Nanofibras de carbohidratos y
celulosa. x
Seguridad alimentaria
Nanobiosensores para control de
la calidad de alimentos; detección
de bacterias y virus.
x x x x x x x
Seguridad alimentaria Etiquetado inteligente
(trazabilidad). x
Seguridad alimentaria
Envases activos que conservan el
producto e informan sobre su
estado; antibacterianos.
x x x
ENERGÍA
121
Almacenamiento
“Súper-capacitores", que permiten
el almacenamiento de grandes
cantidades de energía.
x x x
Almacenamiento
Nanopartículas y nanotubos en
baterías y pilas de combustible;
mejora de materiales de pilas
(ánodo, cátodo, electrodos);
polímeros conductores para
placas bipolares.
x x x x
Almacenamiento Almacenamiento de hidrógeno x
Almacenamiento
Baterías, convertidores
termoeléctricos o celdas solares
para dispositivos inalámbricos.
x x x
Almacenamiento Fluidos de control térmico. x
Renovables
Nanomateriales sustitutos del
silicio, para aprovechar las
radiaciones infrarrojas y
ultravioletas para generar energía.
x
Renovables Puntos cuánticos, pozos
cuánticos, nanotubos de carbono, x
122
nanocables y dendrímeros, en
dispositivos fotovoltaicos.
Renovables
Celdas solares más eficientes con
superficies nanoestructuradas
con nanocapas o nanfilamentos;
céldas sensibilizadas por
colorante.
x x x x x x x x
Renovables
Aumento de eficiencia de la
generación de hidrógeno a partir
del agua.
x
Termoelectricidad
Nanocables termoeléctricos de
silicio para conversión de calor en
electricidad.
x
Termoelectricidad
Películas delgadas, materiales
nanocristalinos, nanopartículas y
superredes.
x
Transporte
Materiales nanoconductores
superestructurados y nanotubos
de alta conductividad.
x x x
Transporte Varistores miniaturizados. x
123
METALMECÁNICA
Vehículos de transporte
Gestión inteligente de motores y
reducción del consumo de
combustible y de emisiones;
catalizadores.
x x x
Vehículos de transporte
Sensores y actuadores que
mejoran la seguridad y los
automatismos en vehículos.
x
Vehículos de transporte
Nanomateriales compuestos para
neumáticos con mayor
adherencia y resistencia a la
abrasión.
x x
Vehículos de transporte
Aleaciones más ligeras y
resistentes para piezas, chasis y
carrocerías.
x
Vehículos de transporte
Materiales más ligeros y más
fuertes en vehículos de
transporte, polímeros con
refuerzo de nanopartículas,
nanotubos de carbono para las
x x
124
estructuras ultra-ligeras.
Aplicaciones industriales Vidrio autolimpiable. x
Aplicaciones industriales Recubrimientos: antireflejantes,
anti-incrustantes. x
Aplicaciones industriales Materiales nanoestructurados
multifuncionales. x
Aplicaciones industriales Textiles inteligentes; tejidos
conductores. x x x
Seguridad,antiterrorismo
Vigilancia nanoelectrónica para
identificación personal, biometría,
controles de acceso.
x x
MEDIO AMBIENTE
Medio ambiente Nanosensores en dispositivos de
control medioambiental. x x x
Medio ambiente
Nanomateriales cerámicos como
aditivos del combustible para
reducir los contaminantes del aire.
x x x
Medio ambiente
Catalizadores basados en
nanoestructuras para destruir
moléculas peligrosas y
x x x x
125
contaminantes.
Remediación
Dendrímeros poliméricos y
materiales nano-porosos para
separar y atrapar contaminantes.
Eliminación de contaminantes en:
agua potable, aguas residuales y
suelos.
x x x x
Remediación
Sistemas fotocataliticos solares y
sistemas de separación de
contaminantes residuales.
x
Remediación Tratamientos de agua
(fotocatalíticos). x
SALUD-NANOMEDICINA
Diagnóstico médico in-
vitro
Biosensores, biochips, micro-
laboratorios, dispositivos lab-on-
chip.
x x x x x x x x x x x x
Diagnóstico médico in-
vitro
Sensores biomiméticos, uso de
moléculas como sensores
inteligentes.
x x x x x x x
Diagnóstico médico in- Nanomateriales programables x
126
vitro basados en proteínas.
Diagnóstico médico in-
vivo
Secuenciación genómica de bajo
costo. x
Diagnóstico médico in-
vivo
Nanopartículas como marcadores
o agentes de contraste en
pruebas diagnósticas.
x x x x x x x x
Diagnóstico médico in-
vivo
Imagen por resonancia magnética
[MRI] y ultrasonido, uso de
nanopartículas magnéticas o
paramagnéticas.
x x x x x x
Diagnóstico médico in-
vivo
Dispositivos implantables y
nuevos instrumentos
endoscópicos, nano sondas
especificas con capacidad de
penetrar en la célula.
x x
Diagnóstico médico in-
vivo
Nanocápsulas recubiertas con
polímeros, dendrímeros y
nanoesferas de oro.
x x x
Diagnóstico médico in-
vivo
Puntos cuánticos para obtener
imágenes eficientes y
multicolores de muestras
x x x
127
biológicas.
Medicina regenerativa
Bioimplantes, biomateriales
inteligentes y multifuncionales;
bioimplantes cocleares y de
retina.
x x x x x x x x x x x x
Medicina regenerativa
Uso de biomateriales
biomiméticos y moléculas
bioactivas de señalización.
x
Medicina regenerativa
Biomateriales de tercera
generación con polímeros
reabsorbibles a nivel molecular.
x
Medicina regenerativa
Biomateriales como estructuras
“andamios” que sustentan el
crecimiento del tejido.
x x x x x x x x
Medicina regenerativa Aplicaciones con células madre. x x x x x
Medicina regenerativa Biomateriales sensores para la
activación de genes. x
Medicina regenerativa
Pruebas de toxicidad in-vitro e in
vivo de las .nanopartículas
artificiales.
x
128
Terapéutica Terapias génicas
(farmacogenética). x x x x x x x
Terapéutica Nano sistemas de administración
y liberación de fármacos. x x x x x x x x x x x x x x x x x x
Terapéutica Terapia hipertérmica para
tratamiento del cáncer. x x
Terapéutica
Dispositivos de transfección para
usos terapéuticos (dispositivos
que pueden atravesar las barreras
biológicas).
x x
Terapéutica
Combinación de diagnóstico
precoz, tratamiento y control de la
terapia (teranóstica).
x x x x
Terapéutica Promotores de crecimiento óseo. x
Terapéutica Nuevos compuestos dentales. x
Cosmética
Materiales biológicos,
nanopartículas, nanocontenedores
de lípidos
x
ELECTRONICA - TIC
TIC y electrónica Ambientes inteligentes: redes x x
129
multifuncionales de equipos y
sistemas de comunicación.
TIC y electrónica
Transistores y mayor capacidad
de almacenamiento de
información
x x x
TIC y electrónica
Diodos orgánicos emisores de luz
(OLED) o pantallas de emisión de
campo basada en nanotubos de
carbono (CNT-FED).
x x x
TIC y electrónica
Circuitos integrados con mayor
capacidad de conmutación y de
almacenamiento de información
(post-CMOS); QCA.
x x x x x x x
TIC y electrónica Espintrónica. x x x x x
TIC y electrónica
Almacenamiento de información y
dispositivos de memoria
nanométricos, memorias masivas
miniaturizadas ultra integradas.
x x x x x x x
TIC y electrónica
Aplicaciones en optoelectrónica,
la fotónica y los sistemas
embebidos.
x x x x
130
TIC y electrónica
Memorias MRAM, como sustituto
de las memorias DRAM con no
volatilidad de datos y menor
consumo de energía.
x x x
TIC y electrónica
Memorias de datos basados
moléculas biológicas y puntos
cuánticos (“quantum dots”);
circuitos QCA.
x x x x x
TIC y electrónica Dispositivos de realidad virtual en
el lugar de trabajo o de ocio. x
TIC y electrónica
Metamateriales, materiales
sintéticos que permiten la
manipulación de los campos
electromagnéticos.
x x
Nanofabricación
Litrografía óptica; ultravioleta
extrema; de proximidad de rayos
X, E-beam proyection;
nanolitografía de haza de
electrones.
X
Nanofabricación Scanning probe methods. x
131
5. CONCLUSIONES
Las áreas y desarrollos tecnológicos esperados, según las opiniones de los diferentes
expertos que participaron en los ejercicios prospectivos que dieron lugar a los
documentos que aquí se presentaron, son muy diversas. Sin duda, la nanotecnología
es una tecnología trasversal que influye en muchos ámbitos de aplicación, y junto
con la biotecnología y las TIC son los motores de un cambio de paradigma que ya se
está desarrollando delante de nosotros.
Sin ánimo de ser restrictivos y solo con el fin de dar algunas indicaciones extraídas
del análisis de coincidencias, la síntesis documental prospectiva muestra dos
sectores de aplicación de las nanociencias y nanotecnologías, de importancia
destacada por los diferentes estudios realizados:
Salud – nanomedicina
TIC – electrónica
Estos dos son los que sectores en los que existe mayor consenso en cuanto a su
importancia. El primero de ellos, nanomedicina, por sus implicaciones directas sobre
el bienestar del ser humano y la posibilidad de desarrollar a partir de la
nanotecnología diferentes y más eficaces estrategias para el diagnóstico y el
tratamiento de enfermedades. En general, las áreas de mayor interés en este primer
sector son:
Diagnóstico in-vitro: biosensores, sensores biomiméticos, biochips,
microlaboratorios y dispositivos lab-on-chip.
Diagnóstico in-vivo: nanopartículas como marcadores o agentes de contraste.
Medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y
multifuncionales.
Terapéutica: nanosistemas de administración y liberación de fármacos.
En electrónica-TIC, las áreas más relevantes son:
132
Almacenamiento de información, memorias nanométricas ultraintegradas.
Circuitos integrados con mayor capacidad de conmutación.
Espintrónica.
Memorias de datos basadas en moléculas biológicas y puntos cuánticos.
Después de estos dos sectores más destacados, se puede situar al sector de las
energías. En este caso, las áreas de interés son, principalmente:
Nanomateriales aplicados a las celdas solares.
Nanomateriales nanoconductores superestructurados de alta conductividad.
Ambos están relacionados con aplicaciones tecnológicas concretas de los
nanomateriales.
Y en cuarto lugar se sitúa el sector de los agroalimentos. En particular el interés se
centra en:
Seguridad alimentaria: nanobiosensores para control de calidad.
Alimentos: formulaciones para elaboración de alimentos funcionales.
Luego de estos cuatro sectores más destacados, se pueden ubicar el de
metalmecánica y el de medio ambiente. En el primero de ellos las áreas de interés
son: gestión inteligente de motores de vehículos y materiales nanoestructurados
multifuncionales y ultraligeros, principalmente. En el segundo se sitúan áreas como la
de los catalizadores nanoestructurados para control medioambiental, así como los
materiales nano-porosos para remediación de agua y suelos.
133
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PUBLICACIÓN PRODUCIDA POR LA DIRECCIÓN DE PROMOCIÓN Y CULTURA CIENTÍFICA
Edición Emiliano GriegoAlelí JaitDolores Yañez
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