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Nanotecnologia

Ingeniería Biomédica Nanotecnología

Ramiro olivares morales Prof. Rosalba Chávez García

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Contenido Un nanocalentador ofrece aplicaciones contra el cĂĄncer ........................................... 5 Un sensor nanomĂŠtrico detecta herbicidas, marcadores de cĂĄncer y enfermedades ............. 6

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Definición de Nanotecnología

Nanotecnología, es el estudio y desarrollo de sistemas en escala nanométrica, “nano” es un prefijo del Sistema Internacional de Unidades que viene del griego νάνος que significa enano, y corresponde a un factor 10^-9, que aplicado a las unidades de longitud, corresponde a una mil millonésima parte de un metro (10^-9 Metros) es decir 1 Nanómetro, la nanotecnología estudia la materia desde un nivel de resolución nanométrico, entre 1 y 100Nanómetrosaprox. hay que saber que un átomo mide menos de 1 nanómetro pero una molécula puede ser mayor, en esta escala se observan propiedades y fenómenos totalmente nuevos, que se rigen bajo las leyes de la Mecánica Cuántica, estas nuevas propiedades son las que los científicos aprovechan para crear nuevos materiales (nanomateriales) o dispositivos nanotecnológicos, de esta forma la Nanotecnología promete soluciones a múltiples problemas que enfrenta actualmente la humanidad, como los ambientales, energéticos, de salud (nanomedicina), y muchos otros, sin embargo estas nuevas tecnologías pueden conllevar a riesgos y peligros si son mal utilizadas.

La siguiente imagen muestra la unidad de medida de diversos sistemas, y la escala a la que pertenecen (Nano o Micro).

Historia de la Nanotecnología

Uno de lo pioneros en el campo de la Nanotecnología es el Físico estadounidense Richard Feynman, que en el año 1959 en un congreso de la sociedad 3

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americana de Física en Calltech, pronunció el discurso “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio ahí abajo) en el que describe un proceso que permitiría manipular átomos y moléculas en forma individual, a través de instrumentos de gran precisión, de esta forma se podrían diseñar y construir sistemas en la nanoescala átomo por átomo, en este discurso Feynman también advierte que las propiedades de estos sistemas nanométricos, serían distintas a las presentes en la macroescala.

En 1981 el Ingeniero estadounidense Eric Drexler, inspirado en el discurso de Feynman, publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, el artículo “Molecular engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation” en donde describe mas en detalle lo descrito años anteriores por Feynman. El término “Nanotecnología” fue aplicado por primera vez por Drexler en el año 1986, en su libro “Motores de la creación : la próxima era de la Nanotecnología” en la que describe una máquina nanotecnológica con capacidad de autoreplicarse, en este contexto propuso el término de “plaga gris” para referirse a lo que sucedería si un nanobot autoreplicante fuera liberado al ambiente.

Además de Drexler, el científico Japonés Norio Taniguchi, utilizó por primera vez el término nano-tecnología en el año 1974, en la que define a la nano-tecnología como el procesamiento, separación y manipulación de materiales átomo por átomo.

A continuación un completo vídeo sobre nanotecnología, en la que definen sus conceptos y sus diversas áreas de aplicación

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Un nanocalentador ofrece aplicaciones contra el cáncer Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA, un centro mixto CSIC-Universidad de Zaragoza), en España, con la colaboración de la Universidad de Averio y la Universidad de Toulouse, han desarrollado un dispositivo de tamaño nanométrico que actúa como calentador y termómetro al mismo tiempo y permite realizar mediciones de temperaturas absolutas de manera instantánea, en décimas de segundo, y sin contacto.

Este dispositivo supone un gran avance en el campo de la terapia de hipertermia magnética utilizada en el tratamiento contra el cáncer ya que permite controlar la temperatura mientras se desarrolla el tratamiento. La terapia de hipertermia magnética, utilizada para hacer frente a células cancerosas, consiste en conseguir el debilitamiento o la muerte de células cancerosas mediante la aplicación de calor.

Esta técnica es considerada actualmente como el cuarto tratamiento más importante contra el cáncer. En particular, la hipertermia magnética es una terapia localizada que emplea el calor generado por nanopartículas magnéticas al ser expuestas a un campo magnético alterno inocuo para el cuerpo humano.

El nanobjeto desarrollado es 2.000 veces más pequeño que el grosor de un pelo y puede calentarse a distancia al aplicarle un campo magnético, algo similar a lo que sucede con las ollas en las cocinas de inducción. Además este pequeñísimo objeto obtenido en el ICMA dispone de un recubrimiento especial que permite introducirlo en el interior de las células.

Para poder actuar como termómetro, el nanoobjeto cuenta con dos sustancias luminiscentes, una cuya emisión de luz no depende de la temperatura y otra cuya emisión sí está en función de la temperatura, de esta forma si medimos con un microscopio la luz emitida por cada una de estas sustancias y las relacionamos podemos conocer la temperatura absoluta en un punto de la célula, este punto puede ser tan pequeño como nos permita la resolución de la cámara y los aumentos del objetivo.

En la actualidad se pretende calentar el nanoobjeto utilizando el campo magnético generado por una pequeña bovina acoplada al microscopio mientras se mide a tiempo real como aumenta su temperatura. Este nanoobjeto permite estudiar a escala nanométrica cómo se transmite el calor de una fuente con calor al medio que lo rodea. La investigación confirma que al acercarse a la nanoescala las propiedades físicas son distintas de las que se observan en objetos de tamaño más grandes, lo que también se observa con la conducción de calor.

El desarrollo de esta investigación es un ejemplo de trabajo multidisciplinar, que en este caso ha unido a químicos, físicos, médicos, biólogos e ingenieros. Las metodologías empleadas en las que el ICMA cuenta con un reconocimiento internacional incluyen la física de materiales a muy bajas temperaturas, tecnologías 5

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láser para procesado de materiales, técnicas de dispersión para el estudio de los materiales e instrumentación científica propia. (Fuente: Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, ICMA (CSIC-UNIZAR)) Un sensor nanométrico detecta herbicidas, marcadores de cáncer y enfermedades El diagnóstico precoz de ciertos tipos de cáncer o de afecciones del sistema nervioso, tales como la esclerosis múltiple o la neuromielitis óptica, podrá verse facilitado en poco tiempo más, mediante el empleo de un nuevo dispositivo de detección: un sensor de dimensiones nanométricas capaz de identificar los biomarcadores de esas condiciones patológicas.

Dicho nanobiosensor, desarrollado inicialmente para la detección de herbicidas, metales pesados y otros contaminantes, se fabricó en la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en el campus de la localidad de Sorocaba, con la colaboración del Instituto Federal de São Paulo (IFSP), campus Itapetininga (ambas ciudades están situadas en el estado de São Paulo, en Brasil).

Un artículo al respecto salió publicado como reportaje de tapa en IEEE Sensors Journal, una publicación periódica especializada en sensores.

1. “Se trata de un dispositivo sumamente sensible que desarrollamos en colaboración con el profesor Alberto Luís Dario Moreau, del IFSP. Al descender a la escala nanométrica, logramos aumentar ostensiblemente la sensibilidad”, dijo el físico Fábio de Lima Leite, docente de la UFSCar y coordinador del grupo de investigación, en declaraciones a Agência Fapesp.

El nanobiosensor está compuesto por un vástago nanométrico de nitruro de silicio (Si3N4) o de silicio (Si), con constante elástica de orden molecular. En el extremo del mismo va una nanopunta a la cual se acopla una molécula (enzima o proteína, por ejemplo).

Cuando esa molécula entra en contacto con algún blanco de interés (anticuerpo, antígeno, etc.), el vástago se altera debido a la adherencia entre ambas moléculas. Y el aparato detecta y mide la alteración, lo cual permite la identificación del blanco.

“Empezamos detectando herbicidas y metales pesados, y ahora estamos realizando pruebas para detectar moléculas blanco características de enfermedades del sistema nervioso, en colaboración con otros científicos de centros de referencia en estudios de enfermedades desmielinizantes, tales como Doralina Guimarães Brum Souza (Unesp-Botucatu), Paulo Diniz da Gama (PUC-Sorocaba) y Charles Peter Tilbery (Santa Casa de Misericordia de São Paulo)”, dijo De Lima Leite.

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Por cierto, fue él quien inició la investigación hace cinco años, mediante ayuda de la Fapesp, en el marco del programa Jóvenes Investigadores en Centros Emergentes, y prosiguió dicho estudio en carácter de coordinador del Grupo de Investigación en Nanoneurobiofísica (GNN) de la UFSCar. La migración de la detección de herbicidas a la detección de anticuerpos se debe fundamentalmente a la dificultad que existe en la actualidad para diagnosticar las enfermedades desmielinizantes u otras enfermedades crónicas en su etapa inicial, como en el caso del cáncer.

Los criterios tendientes a establecer el diagnóstico de la esclerosis múltiple o la neuromielitis óptica son clínicos (complementados mediante exámenes de resonancia magnética nuclear) y los pacientes no siempre presentan un cuadro clínico característico. Para realizar un diagnóstico más preciso, es necesario descartar la presencia de varias otras enfermedades.

“El desarrollo de los nanodispositivos ayudará en la detección de esas enfermedades y así disminuirán las posibilidades de que surjan falsos diagnósticos”, dijo De Lima Leite.

El procedimiento puede ser sencillo: basta extraer el líquido cefalorraquídeo del paciente, colocar una gota del mismo sobre una lámina de vidrio y hacer que el material interactúe con el nanobiosensor.

“Si la interacción es baja, podremos descartar con seguridad un diagnóstico como el de esclerosis múltiple. De ser alta, eso indicará que la persona tiene grandes probabilidades de padecer alguna enfermedad”, describió De Lima Leite. En este último caso, deberán aplicarse test alternativos para excluir la posibilidad de un falso positivo.

Por supuesto que la simplicidad mencionada se refiere únicamente al principio general. En términos prácticos, la operación se vuelve mucho más complicada, pues, debido a la sensibilidad del sensor, el procedimiento debe realizarse en un ambiente altamente controlado, protegido contra vibraciones y contaminaciones.

“Existen distintas enfermedades del sistema nervioso que exhiben síntomas muy parecidos. La esclerosis múltiple y de la neuromielitis óptica son dos de ellas. A menudo, los expertos encuentran suma dificultad o tardan mucho tiempo para diagnosticarlas. Nuestra técnica permitiría efectuar un diagnóstico diferencial”, comentó De Lima Leite.

Para ese estudio, el investigador cuenta con la ayuda de tres dirigidos, becarios de la Fapesp: Pâmela Soto Garcia, Jéssica Cristiane Magalhães Ierich y Adriano Moraes Amarante.

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Según De Lima Leite, el próximo paso de su grupo consistirá en investigar biomarcadores (anticuerpos, antígenos y otros) de esas enfermedades que aún no han sido mapeados adecuadamente.

“Nuestro grupo ha puesto en marcha la realización de pruebas de detección de cáncer de cabeza y cuello en colaboración con André Lopes Carvalho (del Hospital de Cáncer de Barretos) y Osvaldo Novais de Oliveira Jr. (del Instituto de Física de São Carlos)”, informó De Lima Leite. “En esos experimentos, a cargo de la posdoctoranda Nadja Karolina Leonel Wiziack, se emplean los nanobiosensores que nosotros desarrollamos y un dispositivo electrónico desarrollado en el grupo del profesor Novais”. (Fuente: FAPESP/DICYT)

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