Nanomateriales y contaminación ambiental

El meso espacio es un ámbito tridimensional que se desarrolla entre 1 y 100 nanometros, en donde ocurren hechos regidos por las leyes cuánticas y que, por otra parte, es el origen de propiedades físico-químicas inéditas.

En el ámbito macroscópico predomina el efecto colectivo de millones de átomos. Al aislar objetos con dimensiones entre 1 y 100 nm constituidos por algunos átomos, se ponen en evidencia comportamientos particulares, aumento de las superficies de intercambio (reactividad creciente), resistencia mecánica, funciones ópticas, electromagnéticas y térmicas, producidas por el comportamiento cuántico.

Predomina en este ámbito la organización espacial de los átomos, más que la naturaleza química del material.

La escala submicrómica

La nanoindustria se ha constituido en un amplio sector industrial orientado a la utilización de la materia en una escala entre 1 y 100 nanometros.

Todos los grandes sectores de la producción industrial están siendo involucrados por este amplio y avasallador movimiento que afecta la producción electrónica, textil, médica-sanitaria, agroalimentaria y energética.

En el ámbito automotriz ya se venden vehículos con refuerzos de frenos o piezas fabricadas con nanotubos de carbono obtenidos de los fullerenos, cien veces más resistentes que el acero y seis veces más livianos que el aluminio.

En el ámbito de la nanoelectrónica se fabrican transistores cien mil veces más finos que un cabello y también motores nanomoleculares. Además, empresas de renombre internacional, gigantes industriales, se han asociado para la elaboración de semiconductores. La nanoindustria, en lugar de representar un nuevo fenómeno, como Internet, ofrece nuevas posibilidades para la amplia gama de los que ya existen, para que puedan transformarse y adaptarse (inteligentes) o ser hibridos (electrónica) mitad sílice, mitad orgánica (bioinorgánicos). Diversas disciplinas tenderán a fusionarse para actuar mejor en la interfaz entre materia viva e inanimada.

Las primeras aperturas involucrarán a los nuevos biomateriales, los catalizadores, los diagnósticos y la electrónica produciendo la fusión de diversas disciplinas como la química, la electrónica, la genética y las neurociencias, para aumentar el aprovechamiento de los conocimientos multidisciplinarios.

Las inversiones en el año 2005 en el campo académico e industrial han involucrado a 9.000 millones de dólares en nanotecnología en el área estadounidense. En el área mundial, Asia, Europa y América del Norte ya constituían en el 2001, 40.000 millones. Se espera un billón de dólares para el año 2.010.

La contaminación ambiental

Se ignora hasta el presente el impacto nano sobre la salud; la célula es un ámbito nano, a nivel del núcleo, de las mitocondrias y del retículo endoplásmico, donde estos materiales pueden actuar.

Los nanomateriales constituyen un conjunto heterogéneo de sustancias y aunque sus partículas pueden variar en tamaño, forma, superficie, composición química y persistencia biológica, son siempre muy reactivos.

Los estudios toxicológicos revelan resultados preocupantes, especialmente por las reacciones inflamatorias en los tejidos pulmonares sometidos a nanopartículas de carbono.

Los temores y preguntas surgen cada vez con mayor intensidad; los nanopolvos, por su fineza, pueden difundirse en todos los espacios corporales, alvéolos pulmonares, sangre e incluso a través de la barrera placentaria transportando compuestos de la madre al feto. Los nanotubos, al fijarse en el alvéolo pulmonar, pueden producir cáncer.

Muchas veces no se conoce lo que se fabrica por falta del conocimiento de las propiedades; pueden ser nanofibrillas y nanopartículas o diversos catalizadores, aluminio, hierro, niobio.

Ya en el informe de la Royal Society y de la Royal Academy of Engineering dedicado a Nanotecnología, en el 2004, se pide a los industriales restringir la exposición a los nanotubos, divulgar sus efectos toxicológicos y llevar a cabo investigaciones en profundidad para detectar los impactos biológicos.

Las Academias Británicas han emitido 21 recomendaciones pidiendo que se evite la diseminación de las nanopartículas y nanotubos, y que se desarrolle una base de datos sobre los efectos tóxicos de las bioacumulaciones y la exposición específica de las poblaciones en distintos entornos.

Se debe preconizar la concientización de los investigadores y personal del laboratorio a los efectos de controlar el desarrollo y uso de las nuevas tecnologías, y efectuar un relevamiento de los efectos tóxicos en el sector de la química; aproximadamente 30.000 sustancias tienen que ser evaluadas para determinar la incidencia sobre la salud y el medio ambiente (Reglamento Europeo Research, Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals).

Bits, átomos, neuronas y genes

Hemos señalado la complementación interdisciplinaria del conocimiento entre la biotecnología, la fisicoquímica, la informática y las ciencias del conocimiento, para destacar el acercamiento interdisciplinario capaz de permitir fenómenos de autoorganización y replicación.

Todo este fenómeno tiende a mejorar el desempeño humano y el empleo adecuado en bien del hombre y de su ambiente.
A los efectos de ordenar los intereses encontrados se constituyó en el 2004 en Alexandría (Virginia, Estados Unidos) la plataforma Intergubernamental como iniciativa del Meridien Institute con representantes de China, Japón, Rusia, Australia, Israel, India y Sudáfrica, a los efectos de instaurar la OFICINA CONSULTIVA INTERNACIONAL PARA UNA NANOCIENCIA RESPONSABLE.

Esta iniciativa tiende a la integración responsable de las áreas científicas, técnicas y éticas hacia la naturalización del hombre, para ser transformadas utilizando las leyes de la naturaleza ¿no es acaso el proceso que vivimos hoy, pero con gran parte de indiferencia hacia el verdadero sentido de vivir como hombres y de formar parte del cosmos humano?
Un número elevado de Sociedades llevan adelante proyectos de nanotubos contando con medidas de protección, delantal o capucha, bajo atmósfera despresurizada y bajo campana.

Fullerenos

Se trata de un material obtenido por interacción de átomos de carbono C60 en fase gaseosa, logrando que los átomos de carbono se unieran en hexágonos y con dobles enlaces resonantes entre átomos de carbono vecinos, como si se tratara del benceno.

En la Unión de Arizona y en el Instituto Max Planck, a través de descargas eléctricas con electrodos de grafito en atmósfera de helio y disolución en tolueno, pudo obtenerse un polvo que permitió su estudio mediante espectrometría infrarroja-resonancia magnética nuclear y difracción de rayos X. Así se pudo identificar el Fullereno C60 y definir su estructura por medio de los típicos modelos orgánicos (12 pentágonos – 20 hexágonos con átomos de carbono tetravalente en los vértices). Otras estructuras se fueron descubriendo desde los C16 a C60 que pudieron corroborar para el más escéptico la estructura de balón similar a la pelota olímpica del fútbol mundial. En esa configuración los átomos de carbono de los hexágonos tienen dobles enlaces resonantes entre átomos vecinos como si se tratara del benceno.

Metales moleculares

Los fullerenos son materiales de baja densidad (1.65 g/ cm3), relativamente blandos y aislantes electrónicos.
Se ha intentado con éxito el dopaje con potasio incorporando al C60 tres iones K que ocupan posiciones tetraédricas u octaédricas. Esto ha permitido obtener K3C60 con propiedades características de los metales, gran conductividad eléctrica y superconductor a la temperatura de 18 °K, dando lugar al primer metal molecular.

Al sintetizarse uniones entre átomos de carbono estos han podido enrollarse como los cilindros de un barquillo o cucurucho generando los nanotubos de carbono con paredes simples.

La dificultad para utilizar estos nanotubos reside en que estos tienen por un lado estructuras quirales que los hacen semiconductores y, por otra parte, la impureza metálica los hace metálicos, como se resalta en párrafos anteriores.

Se producen actualmente nanopartículas y nanotubos de carbono en cantidades industriales y resultan evidentes y necesarias, reglamentaciones y medidas preventivas de bioseguridad para su producción y uso. oposición a la técnica de hacer.

Por: Dr. Juan Miguel Castagnino
Director Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana

Fuente: Acta Bioquímica Clínica Latinoamericanal
Vol. 40 enero/marzo 2006

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