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Vanesa Zorrilla MuozDesde que el ser humano fabricase por pri-mera vez artculos de madera, cermica ypiedra a partir de tcnicas manuales hastael desarrollo de productos industriales, hanpasado casi ms de 6.000 aos. Desdeentonces, la industria manufacturera hasufrido cambios en tcnicas, procesos,materiales y maquinaria. Actualmente, la pro-duccin y fabricacin industrial asiste a uncambio globalizado emergente debido aluso creciente de los nanomateriales. La cre-acin e investigacin de nuevos materialesy estructuras a nanoescala est permitiendoabrir un campo de posibilidades en la pro-duccin y fabricacin industrial infinito. Lasventajas reales y los inconvenientes delos nanomateriales an no quedan del todoclaros, pero sin duda, la aplicacin de estosen diversos productos abre una nueva eraa la produccin industrial y genera nuevasexpectativas para el comercio y el consumo.

Segn el National Institute of Environ-mental Health Sciences (USA), la comu-nidad cientfica an no ha resuelto por una-nimidad una definicin precisa de los nano-materiales, si bien, se ha llegado a confir-

mar que los nanomateriales estn parcial-mente caracterizados por su pequeotamao, medido en nanmetros. De estaforma, el trmino nanmetro abarca todosaquellos materiales desarrollados con ladimensin de una millonsima parte de unmilmetro, aproximadamente 100.000veces ms pequeo que el dimetro de uncabello humano. Es decir, los nanomate-riales, por definicin, deben tener, por lomenos, una dimensin igual o inferior a100 nanmetros.

Nanoherramientas En los ltimos 20 aos, los nanomateria-les han sido considerados nuevas herra-mientas en el campo de la investigacin,la innovacin y el desarrollo a partir delcontrol de la estructura fundamental y elcomportamiento de la materia a nivel at-mico. Los materiales fabricados por pro-cesos industriales a esta escala tanpequea se refieren, a menudo, a la pro-duccin de nanomateriales artificiales (NA)o nanoingeniera, cuyas propiedades varanconsiderablemente: pticas, magnticasy elctricas, entre otras.

Estas propiedades emergentes de losNA tienen el potencial de ofrecer un granimpacto en campos como la electrnica, lamedicina y la alimentacin. Por ejemplo, losNA pueden ser utilizados para disear fr-macos que puedan dirigirse hacia los rga-nos o clulas especficas en el cuerpo, comolas clulas cancergenas y, de esta forma,mejorar la eficacia o servir de complementode la terapia. Otras propiedades hacen refe-rencia a que los NA disponen de una grancapacidad de adsorcin o catalizacin, loque aumenta la capacidad de reaccin qu-mica de ciertos compuestos.

De esta forma, pueden ser aadidos alcemento, tela y otros materiales para hacer-los ms fuertes y ligeros. Asimismo, sonejemplos de aplicaciones aquellas que estnrelacionadas con la aplicacin medioam-biental, ya que los NA pueden ser utilizadosen la regeneracin ambiental o como pro-ductos de limpieza para la neutralizacin detoxinas. En este campo, diversos estudioshan indicado que los NA ofrecen, por ejem-plo, un potencial multifuncional en la lim-pieza y tratamiento de aguas: como sucedecon las membranas para tratamiento deagua (separacin de contaminantes y agre-gacin de reactivos qumicos) o comosucede en la aplicacin de nanomagnetitapara la eliminacin de arsnico (metal con-taminante que suele encontrarse en el agua).

En la actualidad, se conoce una granvariedad de NA, si bien, las composicio-nes ms importantes son realizadas a par-tir de silicatos, carburos, nitruros, xidos,boruros, seleniuros, teluros, sulfuros, halu-ros, aleaciones metlicas, intermetlicos,metales, polmeros orgnicos y diversosmateriales compuestos. La tabla 1 iden-tifica una lista no exhaustiva de los distin-tos tipos de NA, y ofrece una descripcinbsica y ejemplos de aplicaciones.

Atendiendo a las diversas aplicacionesy los NA, se puede decir que la nanoinge-niera incluye el conjunto de tcnicas y pro-cesos que conforman la aplicacin de losNA en las ciencias de la ingeniera, desdesu produccin a nanoescala, distribucincomo producto semiacabado, comerciali-zacin como producto terminado y estu-dio de las diferentes aplicaciones que pue-den ofrecer desde el punto de vista eco-nmico, social y medioambiental.

Nanoingeniera y nanoproduccin industrial

TRIBUNA VIZCAYA

Engranajes microscpicos. Foto: Shutterstock.

Existen diversas tcnicas que han sidodesarrolladas y probadas en la producciny fabricacin de NA y estn fundamenta-das teniendo en cuenta dos enfoques:

Las tcnicas de arriba hacia abajoque utiliza bloques de construccin lar-gos (tales como obleas de silicio) y variosprocesos de produccin aplicada, comola litografa, as como grabado en plasmay grabado hmedo. Estas tcnicas sonaplicadas en el desarrollo y produccinde elementos tales como microprocesa-dores, sensores y sondas.

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En el otro extremo, estn las tcnicas deabajo hacia arriba que tratan de organizarlos componentes ms pequeos en con-juntos ms complejos dentro de una mismaestructura, tales como tomos, molculaso clsters de tomos y molculas. Estastcnicas son utilizadas en la produccin desustancias naturales y en aplicaciones den-tro del campo de la investigacin, como enla microscopa de fuerza atmica para lamanipulacin de materiales a nanoescala.

Mientras que las tcnicas y produccinde los NA proporcionan importantes

aplicaciones, los efectos potenciales sobrela salud humana y su toxicidad estn toda-va en investigacin. La importancia guardarelacin con que las partculas de tamaonanomtrico pueden entrar en el cuerpohumano a travs de la inhalacin de sus-tancias, la ingestin de alimentos y el con-tacto a travs de la dermis, tanto en el pro-pio entorno de trabajo (industria manufac-turera de nanomateriales) como duranteel consumo.

Tambin existe una considerable pre-ocupacin medioambiental por el desco-

Formados por carbono (C60) constituyen molculas conuna estructura en forma de jaula de 60 o ms tomos.

Molculas de fulereno con forma toroidal o cadenas demolculas de carbono C60 apilados. Disponen de mayorresistencia mecnica con menos peso por unidad de volu-men que los materiales convencionales.

Agregados formados por unos pocos cientos a decenas demiles de tomos que se combinan en una forma cristalinaen la materia en forma de "grupo ". Sus propiedades pti-cas se determinan por el tamao de partcula y la formadebido a los efectos de confinamiento cuntico.

Estructura de poros a escala nanomtrica. Red de poros deslice de aerogel (2 a 50 nm) que representa el 95% delvolumen del material.

Los productos electrnicos, pticos, mecnicos o elecro-mecnicos construidos a nanoescala o con componentesde tamao nanomtrico.

Un dimetro de menos de un micrn, o una dimensin de 100nanmetros (nm) o menos. Nanofibras polimricas producidaspor electrospinning, de baja densidad, gran rea de superficiey masa, volumen de poro elevado y poco tamao de poro.

Dependiendo del material de que est hecho un nanocablepuede disponer de las propiedades de un aislante, un semi-conductor o un metal.

Compuestos de nanopartculas que tienen un dimetromedio inferior a 50 nm.

Las partculas que tienen una dimensin que es de 100 nan-metros o menos de tamao, tienen una mayor rea de super-ficie por unidad de peso que las partculas ms grandes.

Vigas microscpicas, flexibles y tcnicas litogrficas cons-truidas con semiconductores. Pueden recubrirse con mol-culas capaces de unirse a sustratos especficos. Cuando sedetecta que el sustrato se desva del voladizo, se produceel cambio en la conductancia del dispositivo.

Nanopartcula esfrica que consta de un ncleo dielctricocubierto por una carcasa metlica delgada.

Nanomaterial utilizado en pelculas delgadas. Puede ser invi-sible si es lo suficientemente pequeo.

Forma una celosa de nido de abeja a escala atmica a par-tir de tomos de carbono.

Memoria de ordenadores, cables, equipos y materiales elec-trnicos.

Bates de bisbol, raquetas de tenis, piezas de automvil.Pantallas planas de televisores, bateras y otros aparatoselectrnicos.

Pantallas pticas, memorias de ordenadores, aplicacionesde criptografa, aplicaciones para la energa fotovoltaica,medios de almacenaje electrnicos flexibles, redes neurona-les, componentes de telecomunicaciones y computacincuntica, mejora de imgenes biolgicas para el diagns-tico mdico.

Aislamiento trmico, base para la fabricacin de nanocom-puestos, captura de fragancias, catalizadores qumicos ybioqumicos: aerogeles, hidrogeles y otros materiales nano-porosos.

Diagnstico y tratamiento mdico, tecnologas de la infor-macin, aplicaciones alimentarias y farmacuticas y vigilan-cia ambiental.

Aplicaciones quirrgicas, medios de filtracin y barrera, toa-llitas, productos para el cuidado personal, material com-puestos, prendas de vestir, aislamiento trmico, almacena-miento de energa.

Identificacin de marcadores biolgicos y de clulas, apli-caciones electrnicas tales como microprocesadores ynanorrobots.

Administracin de frmacos y farmacologa, combustiblesslidos, elaboracin de pastas, pinturas y esmaltes especia-les, revestimientos y acabados.

De forma segura se puede inyectar en el cuerpo y se unenpreferentemente a las clulas cancerosas por lo que es visible.

La identificacin de biomarcadores y clulas.

Dirigido a aplicaciones con las clulas, imgenes, medica-mentos especficos.

Se utiliza para hacer pelculas delgadas en aplicacionescomo repelente al agua, antirreflejo, autolimpieza, antivaho ocomo conductor elctrico. Ejemplos de productos: lentes,pantallas de ordenador y cmaras.

Es uno de los nanomateriales ms prometedor debido a sucombinacin nica de propiedades excelentes, que abre uncamino para su explotacin en una amplia gama de aplica-ciones que van desde la electrnica a la ptica, los senso-res y los biodispositivos.

Fulerenos

Nanotubos

Los nanocristales opuntos cunticos

Nanogeles

Nanodispositivos

Nanofibras

Nanocables

Nanopolvos

Nanopartculas

Nanopalancas

Nanoesferas

Nanopelculas

Grafeno

Descripcin AplicacionesFulerenos

Tabla 1. Lista no exhaustiva de distintos tipos de nanomateriales artificiales.

nocido ciclo de vida de los nanomateria-les, la persistencia y la biodegradabilidaden el medio ambiente. Ciertas investiga-ciones se han llevado a cabo en relacincon la seguridad, salud y los efectosmedioambientales de los NA con el fin derealizar acciones priorizadas y ambienta-das en el contexto de informar a los res-ponsables polticos en el desarrollo demetodologa adecuada y la fundamenta-cin de regulaciones especficas y apro-piadas que puedan hacer frente a la expo-sicin a la que se refieren los peligros quepueden entraar los nanomateriales y pro-ductos a nanoescala.

Cabe citar el proyecto Engineered Nano-particles-Review of Health and Environmen-tal Safety (ENRHES) desarrollado entre elao 2008 y 2009, en el que se llev a cabouna revisin de cuatro tipos de NA: fulere-nos, nanotubos de carbono, metales y xi-dos metlicos. Siguiendo este contexto,cabe indicar que la Organizacin para laCooperacin y el Desarrollo Econmicos(OCDE) ha identificado desde hace tiempola necesidad de analizar el potencial parala seguridad por preocupaciones causa-das por los nanomateriales manufactura-dos. Inici un programa de trabajo en el ao2006, para garantizar que los enfoques depeligro, la exposicin y evaluacin deriesgos de los nanomateriales manufactu-rados fuesen de la ms alta calidad y estu-viesen basados en la ciencia internacional-mente armonizada.

Seguridad de los nanomateriales La OCDE y sus pases miembros han lle-gado a la conclusin de que los enfoquespara el control y evaluacin de los produc-tos qumicos tradicionales son, en gene-ral, adecuados para la evaluacin de laseguridad de los NA, pero pueden tenerque adaptarse a las caractersticas espe-cficas de estos. Al igual que con otros pro-ductos qumicos, es evidente que cada NApuede plantear problemas especficos,pero, en la mayora casos, pueden ser tra-tados con los mtodos de ensayo existen-tes y enfoques de evaluacin.

En algunos, podra ser necesario adap-tar los mtodos de preparacin de la mues-tra y la dosimetra de las pruebas de segu-ridad. Del mismo modo, se podran llegara necesitar adaptaciones para ciertasdirectrices de examen. En este sentido, laOCDE contina revisando todas las meto-dologas existentes para identificar e imple-mentar los cambios necesarios en laaplicacin de los NA.

Teniendo en cuenta lo anterior, en la UEexiste regulacin relacionada con los NA

a travs de la Registration, Evaluation,Authorisation and Restriction of Chemi-cals (REACH), al ser considerados sus-tancias qumicas. Las obligaciones gene-rales de la REACH, por tanto, obligan alos productores a que apliquen los requi-sitos de la REACH tal como sucede concualquier otra sustancia o preparado qu-mico. La REACH proporciona una legisla-cin aplicable a la fabricacin y produc-cin de los NA, comercializacin y uso desustancias, en forma de preparados o pro-ductos, y, en la actualidad, no existendisposiciones que se refieran explcita-mente a los NA.

Sin embargo, la REACH tiene un papelcentral en la recogida, evaluacin y difu-sin de informacin sobre las sustanciasy preparados como los NA. En particular,la REACH indica que la inscripcin es obli-gatoria, conforme al informe sobre notifi-cacin y registro de 30 de noviembre de2010, aplicado a las sustancias fabrica-das o importadas en 1.000 toneladas oms al ao, y segn el informe de 1 de juniode 2013, aplicado a sustancias convolmenes superiores a 100 toneladas einferiores a 1.000 toneladas por ao.

La REACH tambin seala que los NAque cumplen los criterios para ser clasifica-das como peligrosas con arreglo al Regla-mento 1272/2008 sobre clasificacin, eti-quetado y envasado de sustancias y mez-clas deben ser clasificadas y etiquetadas.Muchas de las disposiciones relacionadas,incluyendo las hojas de datos de seguridady la clasificacin y el etiquetado, son apli-cables independientemente del tonelaje enque se fabrican o importan sustancias. Portanto, las materias (incluidos los NA) quesatisfacen los criterios de clasificacin comopeligrosos y puestos en el mercado, debenser notificadas a la REACH.

Por otra parte, la REACH reconoce queel reglamento de biocidas incluye dispo-siciones especficas relativas a los nano-materiales y, por tanto, estas disposicio-nes se aplican a los productos y las sus-tancias que cumplen los requisitos delreglamento, aplicndose tanto a las sus-tancias activas como a las no activas quepresenten el 50% o ms de las partculascon un tamao comprendido entre 1 y 100nm en al menos una dimensin, o bien,que se presenten en partculas que seencuentran sueltas o formando un agre-gado o aglomerado. En tal caso, laREACH especifica que cuando en un bio-cida se utilizan sustancias activas y noactivas, es necesario realizar una evalua-cin especfica de los riesgos. En la eti-queta del biocida debera figurar el nom-

bre de cada nanomaterial seguido de lapalabra nano entre parntesis.

Con el fin de registrar mundialmentetodos los nanomateriales, existen diver-sas iniciativas. En EEUU, destaca laNational Nanotechnology Initiative (NNI),que est generando una robusta infraes-tructura de datos y la informacin digitalde la nanotecnologa para apoyar el inter-cambio efectivo, la colaboracin y la inno-vacin en todas las disciplinas y aplica-ciones. El registro est abierto pblica-mente y archiva de forma correcta losdatos de nanomateriales que se hanpuesto a disposicin en la comunidad denanomateriales.

Convocatorias de investigacin En cuanto a los actuales focos de inves-tigacin relacionados con los nanomate-riales, el Programa Horizon 2020 de laUE tiene abiertas diversas convocatoriasde investigacin. Entre estas convocato-rias, cabe indicar la que relaciona los ries-gos potenciales de los nanomaterialespara el ser humano y el medio ambiente.En particular, en dicha convocatoria seespecifica que se refiere a estos riesgosque solo estn presentes cuando exis-ten tanto la exposicin, como un peligropotencial del nanomaterial.

El reto que se plantea es hacer frentea la prediccin de la distribucin ambien-tal, la concentracin y la forma (especia-lizacin) de los nanomateriales. La convo-catoria incluye tanto estudios de liberaciny exposicin de laboratorios, de campo yde modelos de simulacin de la posibleliberacin y la transformacin de los nano-materiales de transporte y destino, ascomo la disponibilidad y el potencial debioacumulacin, de tal forma que se per-mita una evaluacin temprana de la expo-sicin potencial y se facilite el diseo deproducto y el anlisis del ciclo de vida.

Finalmente, la nanoingeniera se pre-senta para las prximas dcadas, nosolo como un desafo de las tcnicas defabricacin y produccin, la prevencinmedioambiental, as como la seguridad ysalud humana. Tambin se muestra comoun avance socioeconmico globalizadoque, probablemente, cambiar nuestroshbitos de consumo, sociales y bioticos.

Vanesa Zorrilla Muoz Colegiada del Colegio Oficial de IngenierosTcnicos Industriales de Bizkaia. Es doctora enIngeniera Mecnica por la Universidad de Extre -madura y profesora asociada al Departamentode Ingeniera Mecnica en la Universidad CarlosIII de Madrid.

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