Los científicos de la Universidad Northwestern han encontrado una manera de detectar el cáncer de mama metastásico colocando hebras de ADN en formas esféricas y usándolas para cubrir una pequeña partícula de oro. creando una "nano-llamarada" que se enciende sólo cuando encuentra células de cáncer de mama. En el MIT, Los investigadores están tratando de aumentar la capacidad fotosintética de las plantas incrustando pequeños tubos de carbono llamados nanotubos en los cloroplastos. Esperan eventualmente desarrollar plantas con la capacidad de monitorear la contaminación ambiental, pesticidas, infecciones por hongos, o exposición a toxinas bacterianas. Estos son solo dos ejemplos de investigación en curso en nanotecnología, una de las áreas de la ciencia de más rápido crecimiento, ingeniería e industria que se utiliza en más y más productos de consumo cada día.

La nanotecnología abarca la producción y manipulación de materiales en una escala diminuta, medida en mil millonésimas de metro, o nanómetros. A veces se trata de capas de material de un solo átomo de espesor, alrededor de 0,2 nanómetros. En comparación, un cabello humano tiene 80, 000 nanómetros; una molécula de ADN mide 2–2.5 nm.

Las nanopartículas existen en la naturaleza:en polvo, incendios forestales, volcanes, rieles, etc. Pero la nanotecnología generalmente involucra materiales diseñados (que pueden incluir nanopartículas naturales) con al menos una dimensión que mide 100 nm o menos. A nanoescala, las leyes clásicas de la física ya no se aplican, resultando en material que adquiere diferentes ópticas, propiedades eléctricas o magnéticas de las que tendría en una forma más voluminosa. Esto se debe en parte a que el material a nanoescala tiene un área de superficie relativamente mayor con respecto a su volumen que el mismo material a granel.

Debido a que los nanomateriales tienen estas propiedades alteradas, son tan útiles. Pueden tener una mayor capacidad para conducir o resistir la electricidad, excelente pureza de color, capacidad mejorada de almacenamiento o transferencia de calor, absorbibilidad extra, o propiedades antibióticas. A nanoescala, cobre, normalmente opaco, se vuelve transparente; el aluminio estable se vuelve combustible; y oro, generalmente sólido, se convierte en líquido. Nano plata, un antibacteriano, se utiliza en vendajes, calcetines y envases de alimentos. Las nanopartículas de óxido de zinc se encuentran en protectores solares y cosméticos. El dióxido de nano titanio se utiliza en cápsulas de medicamentos, suplementos nutricionales, aditivos alimentarios, cremas para la piel, y pasta de dientes; y en alimentos como el coco y el yogur como blanqueador.

La nanotecnología implica la creación de nanoestructuras como el grafeno a base de carbono (una hoja de átomos de carbono de 1 átomo de espesor) o nanotubos de carbono (un tubo de átomos de carbono), que son excelentes conductores de electricidad; así como el uso de nanopartículas que se combinan con otros materiales para optimizar determinadas características.

Los científicos que trabajan en nanotecnología suelen utilizar moléculas como bloques de construcción. Como ejemplo, pueden hacer algo parcialmente de silicio, combinado con una molécula orgánica y algunos nano widgets para producir una nanoestructura multifacética diferente a todo lo que se encuentra en la naturaleza, explicó James Yardley, director gerente del Centro de Ingeniería y Ciencia a Nanoescala de la Universidad de Columbia. La elección de materiales a menudo depende del área de investigación. Investigadores de electrónica, por ejemplo, a menudo trabajan con silicio o carbono; los investigadores de biotecnología trabajan con moléculas orgánicas más grandes; y los investigadores de materiales pueden utilizar hierro, acero o cromo.

Centro de ciencia e ingeniería a nanoescala de Columbia, uno de los primeros centros de ciencia e ingeniería a nanoescala establecido por la Iniciativa Nacional de Nanotecnología, centra su investigación en la electrónica. Científicos aquí pioneros en la investigación del grafeno (el material más resistente conocido por el hombre por unidad de peso), están descubriendo cómo usarlo para reemplazar el silicio, esencial en semiconductores y muchos productos electrónicos. Lo están utilizando para desarrollar aplicaciones para células solares, pantallas táctiles y sensores. El centro también está trabajando con nanotubos de carbono, que están permitiendo el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos; y la construcción de dispositivos fotovoltaicos a nanoescala para hacerlos mucho más eficientes.

Cotidiano, los científicos están ideando nuevas aplicaciones para la nanotecnología. Un centro internacional de nanoinvestigación ha creado una malla de nanofibras que puede eliminar las toxinas de la sangre. lo que podría eliminar la necesidad de diálisis para pacientes con insuficiencia renal. Investigadores suizos lograron recientemente producir nanocristales de antimonio uniformes, que puede almacenar una gran cantidad de iones de litio y sodio, y algún día podría utilizarse para producir baterías de alta densidad de energía.

En el futuro, Se espera que la nanotecnología haga que las tecnologías de la información y las comunicaciones sean más rápidas y económicas. y crea materiales superduros. En medicina, Los nanomateriales se utilizarán como pequeños sensores para detectar enfermedades o como chips para controlar los procesos corporales. para implantes, y como sistemas de administración de fármacos que pueden dirigirse a células específicas. Los nanomateriales podrán filtrar los contaminantes del medio ambiente o eliminarlos de los efluentes residuales. La nanotecnología beneficiará la exploración espacial al hacer posibles vehículos más livianos y sistemas robóticos más pequeños. Los nano detectores de agentes químicos y biológicos mejorarán la seguridad nacional. Algunos científicos predicen que algún día, podrán crear nanomateria programable cuyas propiedades se pueden controlar o alterar.

"La nanociencia es un ejemplo de una verdadera frontera en la ciencia básica que realmente tiene el potencial de revolucionar tantos aspectos de la existencia diaria, "dijo Michael Purdy, vicepresidente ejecutivo de investigación de la Universidad de Columbia. "En unas pocas décadas, veremos algunas revoluciones importantes, y es realmente la física la que ha proporcionado estos nuevos avances ". Está particularmente entusiasmado con la investigación de nuevos materiales, que ofrece la posibilidad de desarrollar materiales superconductores y paneles solares cada vez más eficientes.

Hoy dia, ya hay más de 1, 600 productos en el mercado que incorporan nanomateriales:rizadores, refrigeradores, cera de coche, pantallas de proyección, tintas iPhones, computadoras portatiles, toallas pintura de la casa, ropa, Gafas de sol, cepillos de dientes, chupetes, detergente de lavandería, juguetes de peluche, raquetas de tenis, spray para la garganta, recipientes de comida ... y muchos más.

En los EE.UU., Los fabricantes son responsables de garantizar que sus productos cumplan con todos los requisitos legales y de seguridad. incluidos los productos relacionados con la nanotecnología. No existen regulaciones específicas para la nanotecnología, ni requisitos de etiquetado para productos que contienen nanomateriales.

Pero, ¿sabemos lo suficiente sobre esta nueva tecnología para comprender cuáles podrían ser los posibles impactos no deseados en la salud humana y el medio ambiente? A medida que los nanomateriales se generalizan, el público y quienes trabajan con ellos estarán cada vez más expuestos a ellos. Desde el 2001, el gobierno federal ha invertido casi $ 20 mil millones en investigación en nanotecnología a través de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología, pero solo $ 750 millones para estudiar los impactos ambientales y de salud y la seguridad de la nanotecnología.

Si bien las nanoestructuras generalmente están integradas en entidades más grandes y permanecen bastante estables, nanopartículas, por su tamaño, se puede inhalar, ingerido y absorbido por la piel y los ojos.

Pueden entrar en las células nervios ovarios ganglios linfáticos y músculos y atraviesan la barrera hematoencefálica. Pueden acumularse en los pulmones, hígado o cerebro. Algunas nanopartículas podrían afectar el sistema inmunológico y la capacidad de las células para hacer frente a los patógenos.

Los investigadores han descubierto que cuando las ratas inhalan nanomateriales de óxido de manganeso inhalados a diario por los soldadores de fábricas, las nanopartículas se asentaron en su cerebro y pulmones, desencadenando signos de inflamación y estrés celular. Cuando se probó en ratones sin pelo, nanopartículas de dióxido de titanio, comúnmente utilizado para bloquear los rayos del sol sin la pastosidad blanca, envejecimiento cutáneo inducido. Después de mezclar dióxido de nano titanio en el agua potable de ratones durante dos años, Los científicos descubrieron que los ratones tenían un daño significativo en el ADN y los cromosomas. Los nanotubos de carbono introducidos en el estómago de los ratones se comportaron como amianto, causando inflamación y lesiones.

Es inevitable que las nanopartículas artificiales se liberen gradualmente en el medio ambiente a través de fugas de la producción y el transporte de productos. uso, y materiales de desecho. Entrarán en el aire suelo y agua. Nano plata, que es antibiótico, podría encontrar su camino desde los vertederos, plantas de tratamiento de aguas residuales y plantas industriales en ecosistemas donde podría ser tóxico para las criaturas acuáticas y terrestres.

El Centro de Implicaciones Ambientales de la Nanotecnología, otro centro establecido por la Iniciativa Nacional de Nanotecnología, estudia el comportamiento de los nanomateriales y su potencial biológico, impactos ambientales y ecológicos.

Más de cinco años el centro expuso plantas y microbios a nano plata y descubrió que incluso cuando se administraba una dosis baja, las plantas y microbios produjeron alrededor de un tercio menos de biomasa, lo que indica estrés.

Debido a su superficie relativamente grande, Las nanopartículas diseñadas son altamente reactivas. Según la Iniciativa Nacional de Nanotecnología, Los nanomateriales liberados al medio ambiente pueden ser transformados por condiciones ambientales como la temperatura y la salinidad. la naturaleza de un hábitat, y la presencia de otros contaminantes. Los nanomateriales transformados pueden, a su vez, alterar la atmósfera, tierra, o química del agua. Y estas transformaciones pueden cambiar la forma de los nanomateriales a los que están expuestos los seres humanos y los ecosistemas.

Benajamin Bostick, químico ambiental y profesor asociado de investigación en el Observatorio Terrestre Lamont Doherty, está estudiando cómo se transforman ciertas nanopartículas en el medio ambiente para comprender si son buenas o malas, cómo se mueven en el medio ambiente y su toxicidad.

"Las nanopartículas no son necesariamente seguras o peligrosas, " él dijo, "Tienes que saber cuáles son sus electores". Su toxicidad está influenciada por su tamaño, composición química, forma, estructura superficial, carga superficial, solubilidad, cómo se agregan y la presencia de otras sustancias químicas.

Es necesario tener en cuenta una multitud de factores al evaluar la seguridad y los impactos de las nanopartículas, y deben estudiarse en entornos realistas complejos a lo largo del tiempo para predecir con precisión sus efectos. Durante los próximos cinco años, el Centro de Implicaciones Ambientales de la Nanotecnología analizará cómo se transfieren los nanomateriales entre organismos, cómo se bioacumulan en las redes tróficas, la interacción entre nanopartículas y contaminantes ambientales, y el impacto de la exposición prolongada y en dosis bajas a las nanopartículas en los ecosistemas.

"Parte del propósito de la investigación que se lleva a cabo en el centro es ayudar a la comunidad a definir qué reglas garantizarán un alto grado de seguridad ... los científicos trabajan en estrecha colaboración con la EPA, y OSHA, y todo el conjunto de agencias, "dijo Yardley.

Los nanomateriales están cubiertos actualmente por varias leyes de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (EPA), la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), y la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA), pero las agencias están comenzando a considerar específicamente los riesgos que plantea la nanotecnología.

Bostick advirtió contra la pintura de todas las nanopartículas con un pincel grueso.

"Necesitamos pensar en las nanopartículas que son peligrosas y descubrir cómo usarlas de manera segura o encontrar alternativas. Pero no debemos agrupar todas las nanopartículas en una categoría para que no se puedan usar las seguras. Necesitamos distinguir entre ellos, " él dijo.

La EPA está evaluando actualmente los impactos en la salud y la seguridad de ciertos nanomateriales:nanotubos de carbono, óxido de cerio, dióxido de titanio, nano plata, hierro y cobre micronizado. En abril de 2012, la FDA emitió dos borradores de documentos de orientación sobre el uso de nanotecnología en alimentos y cosméticos. Se recomendó a las empresas que utilizan nanopartículas en aditivos alimentarios o envases que consulten con la FDA y demuestren que sus productos son seguros antes de venderlos. Se instó a las empresas de cosméticos que utilizan nanotecnología a realizar pruebas de seguridad adicionales. Aún no se ha emitido una guía final.

Berkeley, Calif., es la primera y única ciudad de Estados Unidos que regula la nanotecnología. Requiere que los fabricantes y manipuladores de nanopartículas divulguen información toxicológica, información ambiental y de seguridad a la División de Manejo de Tóxicos de la ciudad.

Si bien Yardley tiene fe en nuestro sistema regulatorio existente y en cómo funciona, él reconoció, "Debe haber cambios en nuestras definiciones reglamentarias de materiales y categorías ... estas cosas no solo tienen composición química, pero tienen un tamaño y una forma, y funcionalización de superficies, y todas esas cosas determinan la toxicidad en materiales a nanoescala. … Con seguridad, la naturaleza de nuestras regulaciones tendrá que cambiar, y tendrán que considerar estas funciones. Y tendremos que preocuparnos por los efectos de la cuna a la tumba ".

Mientras tanto, los consumidores que quieran evitar los productos que contienen nanomateriales o nanopartículas deben evitar los textiles, suplementos dietéticos y cosméticos con la etiqueta "nano, "" ultrafino, "" micronizado "o" antimicrobiano ". Manténgase alejado de los fertilizantes biosólidos, a veces llamados fertilizantes "orgánicos", ya que a menudo contienen nano plata. Los productos orgánicos certificados por USDA no contienen nanomateriales, pero los cosméticos "orgánicos" o "totalmente naturales" pueden hacerlo.