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 Industrial de 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 desarrollado 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 Recerca (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 Subsecretaría 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 equipo 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

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

7

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.

8

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 2020

Autor Vision

for

the

Future

of

European Commission, High Level Group

Nanoelectronics, A far-sighted strategy for Europe Aplicaciones

industriales

nanotecnologías

en

de

España

en

las

Fundación OPTI

el

horizonte 2020 Responsible

Development

Nanotechnology:

Turning

Vision

of Business

and

Industry

Advisory

Into Committee to the OECD

Reality International Report

Strategy

on

and

Foresight

Nanoscience

Departamento de Análisis de Sistemas

and del

Nanotechnology

Risoe

Laboratory,

de

Dinamarca – Luther, W.

Report to the President and Congress on President’s The Third Assessment of The National

National Council

of

Advisors

on

Science and Technology - USA

Nanotechnology Initiative. UK Strategy for Nanotechnology

TBxConsulting Ltd & NanInk Inc.- Bontoux, T and Warwick, T.

European Initiative on Nanoscience and

European Commission

Nanotechnology - Gennesys project Vision Paper and Basis for a Strategic

European Commission, High-Level Group

Research Agenda for NanoMedicine

European

Technology

NanoMedicine,

Platform

on

Nanotechnology

for

Health Roadmaps in Nanomedicine: Towards

European

Commission,

European

9

2020

Technology Platform on NanoMedicine

Nanotechnology Research Directions for

Roco, M.C.; Mirkin, C.A.; Hersam, M.C

Societal Needs in 2020. Retrospective and Outlook Nanoscience

and

Future

Trends

in Instituto de Nanotecnología de Stirling

Medical Technologies

de Reino Unido – Moore, R.

Roadmaps at 2015 on Nanotechnology

AIRI/Nanotec IT. Proyecto Nanoroadmap

Application in the Sectors of: Materials,

(NRM) – Comisión Europea

Health & Medical Systems, Energy Nanotechnology: The Future is Coming

Joint Economic Committee, United States

Sooner Than You Think

Congress

Nanomedicine. Medical

An

Research

ESF

– European

Councils

European Science Foundation

(EMRC)

Forward Look report Technology

Foresight

on

Danish Ministry

Nanoscience and Nanotechnology

of

Science

Technology

an

Innovation

Nanotechnology – a Key Technology for Ottilia Saxl the Future of Europe Systemic scenarios of nanotechnology: Sustainable

governance

of

Wiek, A., Gasser, L. and Siegrist, M.

emerging (Suiza).

technologies Nanofrontiers. Visions for the future of

Project on emerging nanotechnologies –

nanotechnology

Schmidt, K.

The Global Technology Revolution 2020,

RAND Corporation – Silberglitt, R., Antón,

In-Depth

Analyses P., Howell, D. Wong, A.

Bio/Nano/Materials/Information

Trends,

Drivers, Barriers, and Social Implications (2006) BfR Delphi Study on Nanotechnology Expert

Survey

of

the

Use

Federal Institute for Risk Assessment

of

Nanomaterials in Food and Consumer Products Nanomaterial Roadmap 2015. Roadmap

Syntens – Stiching Syntens, Innovation

10

Report

Concerning

the

Use

of

Nanomaterials in the Medical & Health

Network for Entrepreneur, Netherland & Steinbeis-Europa-Zentrum, Germany

Sector Roadmap Report on Nanoparticles Technology

Roadmap

Nanoelectronics

NRM - NanoRoadMap project for

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

11

suelo. 

Administración controlada de herbicidas,

pesticidas y fertilizantes. 

Nuevas formulaciones de alimentos y

formulaciones con vitaminas y precursores como nanopartículas. Agentes: de goteo, espesantes, Alimentos

antioxidantes. 

Aditivos

de

alimentos

funcionales.

5

Nanopartículas funcionales para tratamiento eficaz de alergias alimentarias y para otros fines específicos. Nanobiosensores para control de la calidad de alimentos; detección de bacterias y virus Alimentos - seguridad

7

Embalajes featrure-rich: capaces de detectar pesticidas o deterioro. Membranas de nanotubos. Etiquetado

inteligente

(trazabilidad).

Envases

3

activos. ENERGÍA 

Celdas

solares

más

eficientes

con

superficies nanoestructuradas con nanocapas o nanfilamentos;

celdas

sensibilizadas

por

colorante. 

9

Nanomateriales sustitutos del silicio, para

aprovechar

las

radiaciones

infrarrojas

y

ultravioletas para generar energía Generación / renovables



Nanopartículas y nanotubos en baterías y

pilas de combustible; mejora de materiales de pilas

(ánodo,

cátodo,

electrodos);

polímeros

conductores para placas bipolares. 

4

Aumento de eficiencia de la generación de

hidrógeno a partir del agua. Puntos cuánticos, pozos cuánticos, nanotubos de carbono,

nanocables

y

dendrímeros,

en

2

12

dispositivos fotovoltaicos. “Súper-capacitores", almacenamiento Almacenamiento

que

de

permiten

grandes

el

cantidades

de 3

energía. Baterías, convertidores termoeléctricos o celdas solares para dispositivos inalámbricos. 

Transporte

Materiales

nanoconductores

superestructurados

y

nanotubos

de

alta

conductividad. Superredes. 

3

5

Varistores miniaturizados.

METALMECÁNICA Gestión inteligente de motores y reducción del consumo

de

combustible

y

de

emisiones; 3

catalizadores. Nanomateriales compuestos para neumáticos con Vehículos de transporte

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

3

estructuras ultra-ligeras. 

Materiales

nanoestructurados

multifuncionales; Aplicaciones industriales



Recubrimientos:

antirreflejantes,

anti-

2

incrustantes. Textiles inteligentes; tejidos conductores. Seguridad/antiterrorismo

Vigilancia

nanoelectrónica

para

3

identificación

personal, biometría, controles de acceso.

2

MEDIO AMBIENTE Nanosensores Medio ambiente-control

en

dispositivos

de

control

medioambiental. Nanomateriales cerámicos como aditivos del combustible para reducir los contaminantes del

3 3

13

aire. Catalizadores basados en nanoestructuras para destruir moléculas peligrosas y contaminantes. Dendrímeros

poliméricos

y

materiales

nano-

porosos para separar y atrapar contaminantes. Remediación

4

Eliminación de contaminantes en: agua potable,

4

aguas residuales y suelos. Sistemas foto catalíticos solares y sistemas de separación de contaminantes residuales.

2

SALUD-NANOMEDICINA Diagnóstico médico in- Biosensores, sensores biomiméticos, biochips, vitro

micro-laboratorios, dispositivos lab-on-chip. Nanopartículas como marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas. Imagen

por

resonancia

magnética

[MRI]

14 8

y

ultrasonido, uso de nanopartículas magnéticas o 6 paramagnéticas. Diagnóstico médico in- Dispositivos implantables y nuevos instrumentos vivo

endoscópicos,

nano

sondas

especificas

con 2

capacidad de penetrar en la célula. Nanocápsulas

recubiertas

con

polímeros,

dendrímeros y nanoesferas de oro. Puntos

cuánticos

para

obtener

imágenes

eficientes y multicolores de muestras biológicas. Bioimplantes,

biomateriales

inteligentes

3 3

y

multifuncionales; bioimplantes cocleares y de 12 retina. Biomateriales Medicina regenerativa

de

tercera

generación

con

polímeros reabsorbibles a nivel molecular. Nanomateriales

programables

basados

en

2

proteínas. Biomateriales como estructuras “andamios” que sustentan el crecimiento del tejido.

8

14

Aplicaciones con células madre.

5

Nano sistemas de administración y liberación de fármacos. Terapias génicas (farmacogenética).

7

Combinación de diagnóstico precoz, tratamiento y Terapéutica

control de la terapia (teranóstica). Terapia hipertérmica para tratamiento del cáncer. Dispositivos

de

transfección

18

para

4 2

usos

terapéuticos (dispositivos que pueden atravesar 2 las barreras biológicas). ELECTRÓNICA - TIC Almacenamiento de información y dispositivos de TIC y electrónica

memoria

nanométricos,

memorias

masivas 7

miniaturizadas ultra integradas. Circuitos integrados con mayor capacidad de TIC y electrónica

conmutación y de almacenamiento de información 7 (post-CMOS); QCA.

TIC y electrónica TIC y electrónica TIC y electrónica TIC y electrónica

Espintrónica.

5

Memorias de datos basados moléculas biológicas y puntos cuánticos (quantum dots); Circuitos QCA. Aplicaciones en optoelectrónica, la fotónica y los sistemas embebidos. Transistores

y

mayor

capacidad

de

almacenamiento de información.

5 4 3

Diodos orgánicos emisores de luz (OLED) o TIC y electrónica

pantallas de emisión de campo basada en 3 nanotubos de carbono (CNT-FED). Memorias

TIC y electrónica

MRAM,

como

sustituto

de

las

memorias DRAM con no volatilidad de datos y 3 menor consumo de energía.

TIC y electrónica TIC y electrónica

Ambientes inteligentes: redes multifuncionales de equipos y sistemas de comunicación. Metamateriales,

materiales

sintéticos

2

que 2

15

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.

 16

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.

17

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.

18

2. 2.1

SÍNTESIS DE DOCUMENTOS PROSPECTIVOS 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.

19

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.

20

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 nanoherramientas 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

21

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, 22

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.

23

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 24

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.

25

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

26

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.

27

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

28

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 (CNTFED). 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.

29

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. 30

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. 31

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.

32

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

33

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).

34

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

35

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

36

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.

37

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 38

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

39

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 40

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 41

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.

42

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.

43

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 44

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 45

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-ofcare, 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-achip 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 46

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 47

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

48

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 49

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). 50



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 51

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

52

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)

53

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.

54

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 55

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

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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.

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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

58

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, 59

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.

60

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 (SteinbeisEuropa-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

61

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 fármacosnanopartículas, 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

Sin especificar

0-2 años

3-5 años

6-10 años

específicas Core shell

 Administració

nanoparticles

n de fármacos.  Radioterapia

DNA nanoparticles

 Terapia génica

62

Fullerenes

 Administración de fármacos

Gold (Au)

 Tratamientos

nanoparticles

terapéuticos

Gold shell

 Implantes

nanoparticles.

para la administración de fármacos

Nanomagnets like

 Pinturas y

iron oxide (Fe2O3)

recubrimien tos

Iron carbon coated

 Administ

[Fe-C] nanoparticles

ración de fármaco local

Lipid nanocontainers

 Administr

or liposomes

ación de

(vesicles that consist

fármacos

of one to several chemically active lipid bilayers). Peptide based self-

 Nanoestructur

assembling materials

a de peptido sensible

Peptides for

 Focaliza

molecular

ción por

recognition

péptidos

Platinum

 Tratamientos

nanoparticles

terapéuticos

Poly (L-lactic acid)

 Administr

(PLLA) nanofibers

ación de fármacos

Poly (N-isopropyl

 Administració

63

acrylamide)

n de fármacos

NIPAM/PNIPAM Poly(alkylbenzene)-

 Administr

Poly(diene) PAB-

ación de

PDM nanoparticles

fármacos y aplicacione s de la sangre

Poly([bis(trifluoroehto

 Administ

xy)phoasphazene]

ración de

(PTFP) nanofibers

fármacos

Poly-lactic-co-glycolic

 Nanocáps

acid (PLGA)

ulas para

nanofibers

administraci ón de fármacos y nanoesfera s

Polymethacrylic acid

 Cápsula

/ polyethylene oxide

s

(PMMA/PEO)

degradabl

nanostructures

es portadora s

Polypyrrole (PPY)

 Liberación

nanotubes

controlada de fármacos y pigmentos

Self assembling

 Chaperon

protein nanoparticles

 hidrofobina  Proteina de capa S

64

Silver (Ag)

 materiales

nanoparticles

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. 65



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 66

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). 67

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

Core shell

6-10 años  Imágenes

nanoparticle Fullerenes

 Trazador

 Agentes para terapia del cáncer y ayudantes

Gold (Au)-

 Catalizadores

Tratamientos

nanoparticles

terapéuticos

Gold Shell

 Agente de

nanoparticle

contraste de imagen

Polyacrylonitrile

 Campos

(PAN)

de emisión

nanostructures

de arrays

Poly-ethylene glicol

 bioensayos

(PEG) nanostructures

ultrasensibles y marcadores fluorescentes multicolores

POSS

 Agentes de

Nanostructured

contraste

Catalysts Quantum dot

 Agente de

(nanoparticle)

contraste de imagen

Silver (Ag)-

 Aplicaciones

Nanoparticles

ópticas

68

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

Sin especificar

0-2 años

3-5 años

6-10 años

específicas Biological

 Nanocompuestos

composite

de calcita

materials Hydrophobic

 cosméticos

fumed silica nanoparticles Lipid

 Administración

nanocontainers

de fármacos

Polymer matrix

 Materiales

filled with

antimicrobianos,

activated silver

antibacterianos

(AG-AG3PO4)

y antifúngicos

nanocomposite

 Cosméticos  Pasta

69

dentrífica Polymethacrylic

 Cápsulas

acid/

degradables

polyethylene

portadoras

oxide (PMAA/PEO) nanoestructuras Polypyrrole (PPY)

 Liberación

nanotubes

controlada de drogas y pigmentos

POSS

 Cosméticos

Nanoestructured Catalysts Self-assembling

 Hidrofobina

protein Silica (SiO2)-

 Impresión de

nanoparticles,

alto brillo

coating Silver (Ag)-

 Materiales

Nanoparticles

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, ...) 70

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

Sin

s/ Aplicaciones especifica específicas

0-2 años

3-5 años

6-10 años

r

Core Shell

 Descubrimient

nanoparticle

o de nuevos fármacos

DNA

 Descubrimient

naoparticle

o de nuevos fármacos

Fullerenes

 agentes para la terapia del cáncer y ayudantes

Gold (Au)-

 Tratamientos

Nanoparticles

terapéuticos

Lipid

 Descubrimient

nanocontainers

o de nuevos fármacos

Peptide based

 Nanoestructura

self-assembling

s de péptidos

materials

sensible

71

Platinum (Pt)-

 Tratamiento

Nanoparticles

terapéuticos

Self-

 Hidrofobina

assembling protein 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 Core shell

Sin especificar

0-2 años

3-5 años

6-10 años

 diagnóstico

nanoparticle 72

DNA nanoparticle

 Diagnóstico médico

DNA-hybrids

 Análisis de ADN con nanopartículas

Peptides for

 Focalización

molecular

por péptidos

recognition Quantum dot

 Diagnóstico

(nanoparticle)

molecular

Silver (Ag)-

 Aplicaciones

Nanoparticles

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 73

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 nanoquímica. 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 74

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/

Sin

aplicaciones específicas

especific

0-2 años

3-5 años

6-10 años

ar Poly

 Ingeniería de

[bis(trifluoroethoxy)phosphaz

tejidos e

ene] (PTFP) nanofibers

implantes

Poly- ethylene glicol (PEG)

 Materiales

nanostructures

biocompatibl es y biodegradabl es

Polymer matrix filled with

 Materiales

75

activated silver (AG-AG3PO4

antibacterian

nanocomposite

os, antimicrobian os y antifúngicos  Cateters  Implantes de cadera

POSS nanostrustured

 Recubrimient

Catalysts

os

Self-assembling protein

 Chaperon  Hidrofobina  Proteina capa S

Silicon Carbide (SiC)

 Grabación de

nanofibers

señales eléctricas de neuronas

Silver (Ag)- Nnanoparticles

 Materiales antibacterian os, antimicrobian os y antifúngicos

Stainless Steel- Bulk material

 Dispositivos

with nano-grains

médicos

Synthetic Hectorite (clay

 implant

platelets)

es

Titanium (Ti)- Bulk material

 Implantes

with nano-grains

médicos

Titanium (Ti) nanoparticles

 Implantes

Zirconia (partially stabilized)

 Herramient

(ZrO2)- bulk material with

as de

76

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 77

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

Core shell nanoparticle

3-5 años

6-10 años  Ingeniería de tejidos

DNA nanoparticle

 Ingeniería de tejidos

Hydroxyapatite

 Reemplazo óseo

PLLA nanofibers

 Regeneración de tejidos 78

humanos NIPAM/PNIPAM (bulk)

 Ingeniería de tejidos

[PMMA]

 Revestimiento

nanostructured films

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

 Implantes

nano-grains

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 79

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

80

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

Sin especificar

0-2 años

3-5 años

6-10 años

específicas 2D DNA lattice

 Nanoestructur ación

Biological

composite

 Nanocompues

materials

tos de calcita

Biological nanomotors

 microtubules kinesin railway

Cellulose/

 Reinforcement

carbohydrate

by

nanofibers

whiskers

Core Shell nanoparticle

 diagnósticos

Lipid nanocontainers

cellulose

 Administració n de fármacos

Montmorillonite

 Revestimiento

nanoclays (platelet)

embalaje

de

alimentos Ni-Ti-

Bulk

material

 MEMS-

with nano-grains

Sistemas microelectromecánicos

Nylon Clay (bulk)

 Revestimiento s barrera

81

Peptide

based

self-

 Nanoestructur

assembling materials

a de péptidos sensibles

Peptides for molecular

 Focalización

recognition

por péptidos

(PMMA/PEO)

 Carrier

nanostructures

degradable capsules

Polyolefin with clays

 Embalaje

(bulk) Rubber-clay

 Embalaje para

nanocomposite (bulk)

alimentos

Self-assembling

 Hidrofobina

protein

 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.

82

Tabla 9. Plazo de posibles aplicaciones industriales de los nanomateriales para el sector proteómica y genómica.

Nanomateriales/

Sin

aplicaciones

especificar

específicas 2D DNA lattice

0-2 años

3-5 años

6-10 años

 nanostructu ring

Core shell nanoparticle

 Diagnóstico

DNA nanoparticle

 Diagnóstico médico

DNA-hybrids

 Analítica ADN con nanopartículas

Gold Shell nanoparticle

 Diagnóstico molecular

(PTFP) nanofibers

 Ingeniería tejidos

de e

implantes Quantum

dot

(nanoparticle)

 Diagnóstico molecular

Virus particles

 Material 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

83

para

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 84

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.

85



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 86

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.

87

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 nanoflash. 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. 88

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 bottomup. 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 89

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.

90

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

2020 Vision for the Future of Nanoelectronics, A far-sighted strategy for

1

Europe

Autor

European Commission, High Level Group

DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 DT8 DT9 DT10 DT10

TIC y electrónica, ambientes inteligentes: redes multifuncionales de equipos y sistemas de comunicación. TIC y electrónica: nuevos transistores con mayor capacidad de almacenamiento. TIC y electrónica: diodos orgánicos emisores de luz (OLED) para pantallas visuales muy delgadas y flexibles con mayor rendimiento. TIC y electrónica: espintrónica. Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, microlaboratorios, dispositivos lab-on-chip. Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de moléculas como sensores inteligentes. Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y multifuncionales. Agroalimentación, seguridad alimentaria: nanobiosensores para control de la calidad. Agroalimentación,

seguridad

alimentaria:

etiquetado

inteligente

(trazabilidad). Energía, transporte: gestión inteligente, reducción del consumo de combustible. Metalmecánica,

transporte:

mayor

seguridad

con

dispositivos

91

anticolisión. DT11 DT12

Seguridad, antiterrorismo: vigilancia nanoelectrónica para identificación personal, biometría, controles de acceso. Medio

ambiente:

nanosensores

en

dispositivos

de

control

medioambiental.

Documento

Aplicaciones industriales de las nanotecnologías en España en el

2

horizonte 2020

Autor

Fundación OPTI

DT1 DT2 DT3 DT4

Metalmecánica, transporte: aleaciones más ligeras y resistentes para piezas, chasis y carrocerías. Mecánica, transporte: nanomateriales compuestos para neumáticos con mayor adherencia y resistencia a la abrasión. Energía, transporte: nanomateriales para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de los sistemas de propulsión, con reducción de emisiones. Mecánica, transporte: sensores y actuadores que mejoran la seguridad y los automatismos. Energía,

DT5

renovables:

nanomateriales

sustitutos

del

silicio,

para

aprovechar las radiaciones infrarrojas y ultravioletas para generar energía. Energía, renovables: nanomateriales como catalizadores para obtención

DT6

de combustibles líquidos e hidrógeno para pilas de combustible, sistemas bio-inspirados.

DT7 DT8 DT9 DT10 DT11 DT12

Energía, almacenamiento de energía: nanomateriales para controlar la captura y liberación del hidrógeno. Energía,

transporte

de

energía:

materiales

nanoconductores

superestructurados y nanotubos de alta conductividad. Medio

ambiente:

nanosensores

en

dispositivos

de

control

medioambiental. Medio

ambiente,

remediación:

catalizadores

basados

en

nanoestructuras para destruir moléculas peligrosas y contaminantes. TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS). TIC y electrónica: nuevos transistores y circuitos basados en nanotubos

92

de carbono. DT13 DT14 DT15 DT16 DT17 DT18 DT19 DT20 DT21 DT22 DT23 DT24

TIC y electrónica: espintrónica. TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de memoria nanométricos. TIC y electrónica: aplicaciones en optoelectrónica, la fotónica y los sistemas embebidos. Agroalimentación, seguridad alimentaria: uso de biosensores para control de calidad. Agroalimentación, alimentos: envases activos que conservan el producto e informan al consumidor sobre su estado. Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores. Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas. Salud, medicina regenerativa: uso de biomateriales biomiméticos (biomateriales inteligentes, moléculas bioactivas de señalización). Salud, medicina regenerativa: biomateriales de tercera generación con polímeros reabsorbibles a nivel molecular. Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que sustentan el crecimiento del tejido. Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre. Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de fármacos.

DT25

Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).

Documento

Responsible Development of Nanotechnology: Turning Vision Into

3

Reality

Autor:

Business and Industry Advisory Committee to the OECD (BIAC)

DT1 DT2 DT3 DT4

Metalmecánica, transporte: materiales más ligeros y más fuertes en vehículos de transporte. Energía, transporte: diseño de los motores de combustión más eficiente. Energía,

almacenamiento:

“súper-capacitores",

que

permiten

el

almacenamiento de grandes cantidades de energía. Energía, renovables: celdas solares más eficientes y pilas de

93

combustible. DT5 DT6 DT7 DT8 DT9 DT10 DT11 DT12 DT13 DT14 DT15 DT16 DT17 DT18

Energía, renovables: pilas de combustible. Agroalimentación, agricultura: fertilizantes inteligentes que reaccionan a las condiciones ambientales. Agroalimentación, seguridad alimentaria: biosensores para control de la calidad. Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de fármacos. Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que sustentan el crecimiento del tejido. Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: nanopartículas magnéticas o paramagnéticas en la resonancia magnética (MRI). TIC y electrónica: sensores inteligentes, optoelectrónica, electrónica molecular, computación cuántica. TIC y electrónica: circuitos con mayor capacidad de procesamiento y de almacenamiento de información. TIC y electrónica: dispositivos de memoria nanométricos. Medio ambiente, remediación: nano partículas de hierro para oxidar los contaminantes orgánicos. Medio ambiente, remediación: separación de metales pesados (mercurio, plomo, arsénico) mediante materiales nano-porosos. Medio ambiente, remediación: dendrímeros poliméricos para separar y atrapar contaminantes. Medio

ambiente:

nanomateriales

cerámicos como

aditivos del

combustible para reducir los contaminantes del aire. Medio ambiente, remediación: eliminación de contaminantes en agua potable y aguas residuales.

Documento

International Strategy and Foresight Report on Nanoscience and

4

Nanotechnology

Autor

Dr. Wolfgang Luther, Consultant, VDI Technologiezentrum GmbH TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de

DT1

memoria

nanométricos,

memorias

masivas

miniaturizadas

ultra

integradas.

94

TIC y electrónica: uso de memorias MRAM, como sustituto de las DT2

memorias DRAM con no volatilidad de datos y menor consumo de energía.

DT3 DT4 DT5 DT6

TIC y electrónica: memorias de datos basados moléculas biológicas y puntos cuánticos (quantum dots). TIC y electrónica: diodos orgánicos emisores de luz (OLED) o pantallas de emisión de campo basada en nanotubos de carbono (CNT-FED). TIC y electrónica: electrónica portátil (en textiles fibras). TIC y electrónica: dispositivos de realidad virtual o aumentada en el lugar de trabajo o de ocio. Energía, almacenamiento: baterías, pilas de combustible en miniatura,

DT7

convertidores termoeléctricos o células solares para dispositivos portátiles.

DT8

Mecánica, transporte: nanomateriales compuestos para neumáticos con mayor adherencia y resistencia a la abrasión. Metalmecánica, transporte: materiales más ligeros y más fuertes en

DT9

vehículos de transporte, polímeros con refuerzo de nanopartículas, nanotubos de carbono para las estructuras ultra-ligeras.

DT10 DT11 DT12

Energía, almacenamiento: celdas de combustible y almacenamiento de hidrógeno. Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de fármacos. Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética). Salud, diagnóstico médico in-vivo/imagen: imagen por resonancia

DT13

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 DT17 DT18

Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que sustentan el crecimiento del tejido. Salud, medicina regenerativa: uso de biomateriales, nanocompuestos de aleaciones de titanio (mayor biocompatibilidad). Salud, diagnóstico médico in-vitro: dispositivos lab-on-chip.

95

DT19

Agroalimentación, alimentos: formulaciones de vitaminas y precursores como nanopartículas. Agroalimentación, alimentos: envases activos que conservan el

DT20

producto e informan al consumidor sobre su estado, polímeros reforzados con nanopartículas de baja permeabilidad a los gases.

DT21 DT22 DT23 DT24 DT25 DT26

Agroalimentación, alimentos: uso de biosensores para control de calidad. Energías, renovables: celdas solares más eficientes con superficies nanoestructuradas con nanocapas o nanofilamentos. Energía, renovables: nanomateriales y elementos electrónicos plásticos combinados en semiconductores fotovoltaicos. Energía, almacenamiento: nanopartículas y nanotubos en baterías y pilas de combustible. Energía, almacenamiento: almacenamiento de hidrógeno en materiales nanoestructurados. Medio ambiente, remediación: nanopartículas catalizadoras como aditivo para el combustible para eliminar contaminantes.

Documento

Report to the President and Congress on The Third Assessment of The

5

National Nanotechnology Initiative

Autor: DT1 DT2 DT3

Executive Office of the President, President’s Council of Advisors on Science and Technology Salud, diagnóstico in-vivo, secuenciación genómica de bajo costo. Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas. Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, nanosensores para la detección de biomarcadores clínicos.

DT4

Salud, medicina regenerativa: bioimplantes.

DT5

Agroalimentación, seguridad alimentaria: biosensores.

DT6 DT7 DT8

Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de fármacos. TIC y electrónica: transistores de grafeno, semiconductores. Energía, renovables: nanomateriales como catalizadores para obtención de combustibles líquidos.

96

DT9 DT10 DT11 DT13 DT14

Medio ambiente: nanopartículas catalizadoras como aditivo para el combustible para eliminar contaminantes. Energía: baterías, convertidores termoeléctricos o celdas solares para dispositivos inalámbricos. TIC y electrónica: metamateriales, materiales sintéticos que permiten la manipulación de los campos electromagnéticos. Energía, termoelectricidad: nanocables termoeléctricos de silicio para conversión de calor en electricidad. Energía,

renovables:

celdas

solares

plasmón

mejoradas,

con

nanopartículas metálicas. TIC y electrónica: circuitos con mayor capacidad de procesamiento y de

DT15

almacenamiento

de

información

y

dispositivos

de

memoria

nanométricos. DT16 Documento 6 Autor

TIC y electrónica: dispositivos de memoria nanométricos. UK Strategy for Nanotechnology 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 Documento 7 Autor

TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS). GENNESYS White Paper 2009 European Commission - European Initiative on Nanoscience and Nanotechnology

97

DT1 DT2 DT3

TIC y electrónica: dispositivos con mayores funcionalidades, mayor flexibilidad y fiabilidad, y un mejor rendimiento. TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de memoria nanométricos, menor consumo de energía. TIC y electrónica: comunicación y la computación cuántica, aplicaciones en fotónica.

DT4

TIC y electrónica: semiconductores magnéticos.

DT5

TIC y electrónica: espintrónica.

DT6 DT7 DT8 DT9

Salud, terapéutica: nuevos sistemas de administración y liberación de fármacos. Agroalimentación alimentos: nuevas formulaciones de alimentos adecuados para trastornos alérgicos o de nutrición. Energía/renovables: nuevos materiales nanoestructurados. 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

Vision Paper and Basis for a Strategic Research Agenda for

8

NanoMedicine

Autor DT1 DT2 DT3 DT4

European

Commission,

High-Level

Group

European

Technology

Platform on NanoMedicine (ETP) Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, microlaboratorios y dispositivos lab-on-chip. Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin etiquetas utilizando, por ejemplo, polímeros conductores o sensores. Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de moléculas como sensores inteligentes. Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas. Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: imagen por resonancia

DT5

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

98

capacidad de penetrar en la célula. DT7 DT8 DT9 DT10 DT11 DT12 DT13 DT14 DT15 DT16 DT17 Documento 9 Autor DT1 DT2 DT3 DT4 DT5

Salud, terapéutica: terapia hipertérmica para tratamiento del cáncer. Salud, terapéutica: dispositivos de transfección para usos terapéuticos (dispositivos que pueden atravesar las barreras biológicas). Salud, terapéutica: diagnóstico precoz, tratamiento y control de la terapia (teranóstica). Salud, diagnóstico médico in-vivo: dispositivos implantables como la píldora ingerible de imagen y nuevos instrumentos endoscópicos. Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de fármacos. Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética). Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que sustentan el crecimiento del tejido. Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre. Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y multifuncionales. Salud, medicina regenerativa: biomateriales sensores para la activación de genes. Salud, medicina regenerativa: pruebas de toxicidad in-vitro e in vivo de las nanopartículas artificiales. Roadmaps in Nanomedicine: Towards 2020 European

Commission,

European

Technology

Platform

on

NanoMedicine Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas. Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin etiquetas. Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, microlaboratorios y dispositivos lab-on-chip. Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de fármacos. Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y

99

multifuncionales. DT6 Documento 10 Autor DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 DT8

Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre. Nanotechnology Research Directions for Societal Needs in 2020 M.C. Roco; C.A. Mirkin; M.C. Hersa Medio ambiente, remediación: sistemas fotocatalíticos solares y sistemas de separación de contaminantes residuales. Medio ambiente, remediación: nanopartículas y nanofibras funcionales en sistemas de bioremediación ambiental. Medio

ambiente:

captura

de

carbono

y

nitrógeno

nanoestructuras y su reutilización industrial. Energía, renovables: nanopartículas y puntos cuánticos en dispositivos fotovoltaicos. Energía: mejoramiento de baterías de vehículos eléctricos. Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin etiquetado. Salud, diagnóstico médico in-vivo/imagen: uso de nanopartículas como marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas. 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 Autor DT1 DT2 DT3 DT4

mediante

Nanoscience and Future Trends in Medical Technologies R. Moore, Institute of Nanotechnology, Stirling, United Kingdom Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, microlaboratorios y dispositivos lab-on-chip. Salud diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas. Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanocápsulas recubiertas con polímeros, dendrímeros y nanoesferas de oro. Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

100

fármacos. DT5

Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que sustentan el crecimiento del tejido.

Documento

Roadmaps at 2015 on Nanotechnology Application in the Sectors of:

12

Materials, Health & Medical Systems, Energy

Autor

AIRI/Nanotec IT, Nanoroadmap (NRM) Project Coordinator and partners

DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 DT8 DT9 DT10 DT11 DT12

Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de fármacos. Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética). Salud, terapéutica: diagnóstico precoz, tratamiento y control de la terapia (teranóstica). Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanopartículas como marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas. Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: nanopartículas magnéticas o paramagnéticas (gadolinio y óxidos de hierro superparamagnético). Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanocápsulas recubiertas con polímeros, dendrímeros, y las microburbujas. Salud, diagnóstico médico in-vivo: puntos cuánticos para obtener imágenes eficientes y multicolores de muestras biológicas. Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores implantables, biochips, micro-laboratorios y dispositivos lab-on-chip. Salud, diagnóstico médico in-vitro: nanomateriales programables basados en proteínas. Salud, diagnóstico médico in-vitro: matrices genómicas. Salud, diagnóstico médico in-vitro: películas delgadas, capas y superficies con biopolímeros y nanopartículas. Agroalimentación, seguridad alimentaria: nanobiosensores para control de la calidad. Energía, renovables: celdas solares más eficientes con superficies

DT13

nanoestructuradas con nanocapas delgadas, materiales nanocristalinos y nanopartículas.

DT14

Energía, renovables: puntos cuánticos, pozos cuánticos, nanotubos de carbono, nanocables y dendrímeros, en dispositivos fotovoltaicos.

101

DT15 DT16 DT17

Energía,

termoelectricidad:

películas

delgadas,

materiales

nanocristalinos, nanopartículas y las superredes. Energía,

almacenamiento:

“súper-capacitores"

que

permiten

el

almacenamiento de grandes cantidades de energía. Energía, almacenamiento: fuentes de alimentación de dispositivos portátiles. Energía, almacenamiento: nanopartículas, materiales nanocristalinos,

DT18

películas, capas y superficies delgadas, los nanotubos de carbono y nanocables.

Documento 13 Autor DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 DT8

Nanotechnology: The Future is Coming Sooner Than You Think Joint Economic Committee, United States Congress Salud,

medicina

regenerativa:

biomateriales

como

estructuras

“andamio” que sustentan el crecimiento del tejido. Salud terapéutica: dispositivos de transfección para usos terapéuticos (dispositivos que pueden atravesar las barreras biológicas). Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética). Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y multifuncionales. Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de moléculas como sensores inteligentes. TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de memoria nanométricos. Energía, almacenamiento: uso de “súper-capacitores", que permiten el almacenamiento de grandes cantidades de energía. TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS).

Documento

“Nanomedicine. An ESF – European Medical Research Councils (EMRC)

14

Forward Look report”.

Autor

European Science Foundation

DT 1 DT 2

Nanomateriales y nanodispositivos, nuevos materiales para la detección de analitos múltiples y complicados para la medición in vitro. Nanomateriales y nanodispositivos, nuevos materiales para aplicaciones

102

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. Nanomateriales y nanodispositivos, sistemas arquitectónicos variados

DT 4

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. Nanoimaging and analytical tools, uso y perfeccionamiento de

DT 6

nanotécnicas existentes en tejidos normales y patológicos para la comprensión de la iniciación y progresión de la enfermedad. Nanoimaging and analytical tools, desarrollo de nanotécnicas nuevas

DT 7

para el monitoreo en tiempo real de procesos moleculares y celulares y proyección

de

imágenes

moleculares

para

estudiar

procesos

patológicos en vivo. Nanoimaging and analytical tools, traducción de investigación basada en DT 8

imágenes moleculares a nanoescala utilizando las herramientas de modelos animales para aplicaciones clínicas. Nanoimaging and analytical tools, cerrando la brecha entre las

DT 9

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. 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 preDT 11

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

103

multifuncionales con posibilidades de marketing o funcionalidades que permiten el transporte a través de barreras biológicas. Novel DT 13

therapeutics

and

drug

delivery

systems,

scaffolds

nanoestructurados (ingeniería de tejidos), dispositivos sensibles a estímulos y tratamientos físicos específicos. Novel therapeutics

DT 14

and

drug

delivery systems,

nanoestructuras

inteligentes tales como biosensors acoplados a sistemas de entrega. Clinical applications and regulatory issues, enfoque orientado a la

DT 15

enfermedad para el desarrollo de la nanomedicina en aplicaciones clínicas específicas. Clinical applications and regulatory issues, enfoque caso por caso para

DT 16

la evaluación clínica y regulatoria de la nanomedicina. Toxicology, una mejor comprensión de las implicaciones toxicológicas

DT 17

de la nanomedicina en relación con las propiedades del material y el uso previsto por el paciente susceptible y potencialmente predispuesto. Toxicology, consideración del impacto ambiental potencial, del proceso

DT 18

de manufactura y aplicaciones clínicas de última instancia en investigaciones toxicológicas para nanomedicina. Toxicology, evaluación beneficio-riesgo de los efectos agudos y a largo

DT 19

plazo de la nanomedicina con especial consideración de la naturaleza de la enfermedad. Toxicology, un cambio de la evaluación de riesgos para la gestión

DT 20

proactiva del riesgo en la primera etapa de descubrimiento y desarrollo de la nueva nanomedicina.

Documento 15 Autor

Technology Foresight on Danish Nanoscience and Nanotechnology Ministry of Science Technology an Innovation Nanomedicine and drug delivery, aplicación práctica de sistemas

DT 1

inteligentes en los sistemas de administración de fármacos que supervisan el estado de las células en el cuerpo e informan por ejemplo,

104

del surgimiento de un cáncer o pequeños coágulos de sangre. Nanomedicine and drug delivery, desarrollo de nanocápsulas de autoDT 2

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. Nanomedicine and drug delivery, desarrollo y diseño de materiales

DT 3

biocompatibles para la administración de fármacos, solución de problemas de liberación lenta, paso de la barrera sangre-cerebro, etc. Biocompatible materials, nanomedicine and drug delivery, desarrollo de

DT 4

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. Biocompatible materials, desarrollo de la nanobiotecnología para la

DT 5

reparación de defectos de las neuronas por la aplicación de nanoestructuras conductoras de electricidad. Biocompatible materials, aplicación práctica de superficies sintéticas

DT 6

con propiedades biológicas para uso en implantes, prótesis y equipo técnico-médico en caso de contacto prolongado con células o tejidos humanos. Biocompatible

7

materials,

aplicación

práctica

de

las

superficies

nanodiseñadas que promueven o inhiben la adhesión de, por ejemplo, bacterias o algas (antifouling). Nanosensors and nanofluidics, la aplicación práctica de NEMS (sistemas

DT 8

nano-electro-mecánicos) para la detección selectiva de moléculas específicas o células, medición de generación de calor, la medición de energías de enlace, etc. Nanosensors and nanofluidics, desarrollo de sistemas de sensores distribuidos muy eficientes sobre de una combinación de chips CMOS y

DT 9

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-achip" basados en nano-óptica y sistemas de manejo de líquidos

105

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. Plastic electronics, la aplicación práctica de la electrónica de polímeros

DT 12

(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. Plastic electronics, aplicación práctica de los transistores de polímero

DT 13

integrados en equipos de un solo uso para fines analíticos en la atención primaria de salud.

DT 14 DT 15 DT 16

Plastic electronics, aplicación práctica de las pantallas de plástico multicolores en vez de pantallas de cristal líquido. Plastic electronics, aplicación práctica de las etiquetas RFID basado en polímeros FETs. Plastic electronics, la aplicación práctica de la tecnología de células solares basadas en la electrónica de polímeros y la óptica de polímero. Nano-optics and nanophotonics, aplicación práctica de las fibras microestructurados en su dirección longitudinal para su uso en láseres

DT 17

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. Nano-optics and nanophotonics, aplicación práctica de compactos,

DT 18

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. Nano-optics and nanophotonics, desarrollo de nuevos sensores o

DT 19

interruptores

ópticos

basados

en

el

llenado

(con

líquidos,

recubrimientos o cristales líquidos) de la estructura fina de las fibras de cristal ópticos. Nano-optics and nanophotonics, revestimientos o cristales líquidos de la

DT 20

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)

106

sobre la base de estructuras PBG con una función de elementos ópticos de gran no linealidad. Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de DT 21

catalizadores a medida y otros nanomateriales funcionales de métodos in situ, métodos teóricos, y similares. Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de

DT 22

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. Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de nuevas,

DT 23

baratas pilas de combustible SOFCs y PEM con una larga vida útil en condiciones reales. Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., desarrollo y mejora de

DT 24

catalizadores basados en enzimas naturales, eficiente a bajas temperaturas y presiones. Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de

DT 25

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. Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de aleaciones o de materiales cerámicos que cristalizan con tamaño de

DT 26

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. Nanomaterials

with

new

functional

properties,

desarrollo

de

nanocompuestos que son más fuertes, y tiene mejor estabilidad DT 27

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. Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de

DT 28

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

107

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. Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de DT 30

copolímeros de bloques para el desarrollo de superficies de autoreparación (el propio material asegura que es el bloque funcional correcta que está expuesta). Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de

DT 31

materiales nanoporosos como filtros en la industria de alimentos y bebidas. Nanomaterials with new functional properties, desarrollo de materiales

DT 32

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 Ottilia Saxl, founder and CEO of the Institute of Nanotechnology, UK, for

Autor

the European Commission Expert Group on Key Technologies for Europe.

DT 1

Healthcare, monitorización remota de la salud, diagnósticos no invasivos. Healthcare, análisis rápido de las predisposiciones genéticas a la enfermedad que llevan a terapias basadas en el genoma. Imagen

DT 2

basada en nano y focalización de fármacos y entrega para la identificación temprana y tratamiento mínimamente tóxico de la enfermedad. Medicina regerativa.

DT 3 DT 4 DT 5 DT 6

Drug, liberación de hormonas basado en las necesidades usando tecnología derivada de la electrónica. Healthcare, amigable para el paciente, implantes inteligentes cocleares y de retina. Healthcare, textiles médicos, con monitoreo de la salud, transmisión de información y capacidades terapéuticas. Healthcare, vendas nanoestructuradas que fomentan el crecimiento

108

celular. DT 7

Healthcare, reducción de la infección, a través de textiles, superficies y apósitos anti-bacterianos. Healthcare, nano-tecnologías habilitadas para la calidad de vida de los

DT 8

ancianos y enfermos (pantallas interactivas flexibles y ligeras / 'ayudantes' robot) activado verbalmente, por un mínimo movimiento o pensamiento uniforme.

DT 9 DT 10 DT 11

Healthcare, diagnósticos y tratamientos asequibles para el VIH Sida, la tuberculosis y la malaria. Food, menos desperdicio, embalajes feature-rich (capaz de detectar pesticidas, deterioro, informar sobre procedencia, etc.) 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

Systemic scenarios of nanotechnology: Sustainable governance of

17

emerging technologies

Autor

Arnim Wiek, Lukas Gasser, Michael Siegrist

DT 1

Increase of agricultural efficiency, Nanoredes inalámbricas en campos agrícolas, cápsula de plaguicidas. Enhancement of nutritional quality, nanoredes inalámbricas en los

DT 2

campos, material de embalaje, nanoestructuras que detectan bacterias y virus, aditivos de alimentos funcionales. Increase of efficiency of information technology hardware, dispositivos controlados por eventos de electrones individuales,

DT 3

datos de

almacenamiento (MRAM, DRAM), pantallas, procesadores, bio-nanodispositivos, chips, memoria de estado sólido, circuitos fotónicos, rayos láser. Improvement of the quality of medical, pharmaceutical and cosmetic products,

DT 4

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

109

visión, nanovacuoles para la entrega de genes, el descubrimiento y el tratamiento del cáncer, ingeniería neuromórfica. Documento 18 Autor DT 1

Nanofrontiers. Visions for the future of nanotechnology (2007) Karen F. Schmidt. Woodrow Wilson International Center for Scholars. Project on Emerging Nanotechnologies 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 DT 5

Nanomedicina, nuevas nanoestructuras que imitan las biomoléculas complejas. Nanomedicina, “lab-on-a-chip” device -usando nanotecnología- para llevar a cabo un análisis completo de una gota de sangre. Nanomedicina, nuevos dispositivos nanopore están listos para hacer la

DT 6

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 Autor

The

Global

Technology

Revolution

2020,

In-Depth

Bio/Nano/Materials/Information Trends, Drivers, Barriers, and Social Implications 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

Analyses

Diseños y sistemas de materiales Non-CMOS (nanotubos de carbono, interruptores moleculares, etc.).

Documento

BfR Delphi Study on Nanotechnology Expert Survey of the Use of

20

Nanomaterials in Food and Consumer Products

110

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

Nanomaterial Roadmap 2015. Roadmap Report Concerning the Use of

21

Nanomaterials in the Medical & Health Sector René de Groot (Syntens – Stiching Syntens, Innovation Network for

Autor

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 DT 7

Drug delivery, nanomagnets like iron oxide (Fe2O3) and iron carbon coated [Fe-C] nanoparticles. 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 DT 17

Drug delivery, polymethacrylic acid, polyethylene oxide (PMMA/PEO) nanostructures. Drug delivery, polypyrrole (PPY) nanotubes.

111

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 DT 34

Cosmetics, polymer matrix filled with activated silver (AG-AG3PO4) nanocomposite. 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.

112

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 DT 55 DT 56

Cirugía e implantes, poly [bis(trifluoroethoxy)phosphazene] (PTFP) nanofibers. Cirugía e implantes, poly- ethylene glicol (PEG) nanostructures. Cirugía e implantes, polymer matrix filled with activated silver (AGAG3PO4 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.

113

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 Autor DT 1 DT 2 DT 3 DT 4

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) Potencia, energía, células solares sensibilizadas por colorante (por ejemplo, utilizando TiO2). Potencia, energía, almacenamiento de hidrógeno (por ejemplo usando metales híbridos). Potencia, energía, mejora de materiales ánodo y cátodo para pilas de combustible de óxido sólido. Potencia, energía, fluidos de control térmico (por ejemplo usando Cu).

114

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 DT 9 DT 10 DT 11

Potencia, energía, catalizadores para pilas de combustible (por ejemplo platino en las células PEM). Potencia, energía, polímeros conductores para placas bipolares en celdas de combustible. Potencia,

energía,

mejora

de

electrodos

en

baterías

y

supercondensadores (aumento de la capacidad, carga más rápida). Potencia, energía, aumento de la eficiencia de la generación de hidrógeno a partir de agua (por ejemplo, de energía solar). Potencia, energía, catalizadores de gas a tecnologías líquidas,

DT 12

tecnologías de gasificación de carbón, biodiesel y otros combustibles sintéticos, etc.

DT 13 DT 14

Salud, administración de fármacos dirigido. 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 DT 23 DT 24 DT 25

Salud, agentes de contraste de MRI (por ejemplo, usando óxido de hierro superparamagnético). Salud, nuevos compuestos dentales. Salud, agentes aglutinantes biológicos (por ejemplo, para niveles altos de fosfato). Salud, antivirales, antibacterianos (por ejemplo Ag) cremas anti-esporas no químicos y polvos (utilizando la energía de la tensión superficial en la

115

nanoescala para destruir las partículas biológicas). DT 26 DT 27

Medio ambiente, tratamiento de agua (tratamientos foto-catalíticos, por ejemplo, utilizando TiO2). 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 DT33

Medio ambiente, recubrimientos antiincrustantes (reducir el uso de químicos). 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 DT 37 DT 38 DT 39 DT 40 DT 41 Documento 23 Autor DT 1

Electrónica, mostrar tecnologías incluyendo dispositivos de emisión de campo-(por ejemplo, utilizando óxidos conductores). Electrónica,

ferro-líquidos

(por

ejemplo,

utilizando

materiales

magnéticos). Electrónica, dispositivos optoelectrónicos tales como interruptores (por ejemplo, usando cerámica dopada con tierra rara). Electrónica, recubrimientos conductores y tejidos (por ejemplo, usando cerámica dopada con tierra rara). Electrónica, planarización mecánico química- CMP (por ejemplo, utilizando alúmina, sílice, óxido de cerio). Electrónica, los recubrimientos y materiales de unión para las fibras ópticas (por ejemplo, basado en Si). TECHNOLOGY ROADMAP FOR NANOELECTRONICS (2001) Ramón

Compañó.

European

Commission.

Directorate-General

Information Society Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, transistores de electrones individuales.

116

DT 2

Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, yano memory.

DT 3

Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivos nano-flash.

DT 4 DT 5 DT 6

Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, Interband Tunelling Diode (ITD). Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, resonant tunnelling diode. 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 DT 10 DT 11 DT 12

Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivo unión túnel (Tunnel Junction Devices). Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivos inyección spin (spin injection devices). Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, double electron waveguide devices. 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 DT 17 DT 18

Nanoelectrónica, nanofabricación, E-beam projection lithography and scalpel. Nanoelectrónica, nanofabricación, proyección de haz de iones (ion beam projection). 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

117

en diseños de microprocesadores. DT 25 DT 26 DT 27 DT 28

Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, procesamiento en paralelo (parallel processing). Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, computación basada en ADN (DNA computing). Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, redes neuronales artificiales (artificial neural networks). Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, procesamiento de información cuántica -quantum information processing (QIP).

118

4.

MATRIZ DE COINCIDENCIAS

Sector/Subsector

Documento

Desarrollo tecnológico

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

AGROALIMENTACIÓN Fertilizantes Agricultura

inteligentes

reaccionan

a

las

que

condiciones

x

x

ambientales. Agricultura

Nanosensores para monitoreo de Nanoredes

Agricultura

x

salud del suelo. inalámbricas

en

campos agrícolas. Cápsula de

x

plaguicidas. Agricultura

Administración

de

x

herbicidas y pesticidas. Nuevas

Alimentos

controlada

formulaciones

de

alimentos y formulaciones con vitaminas y precursores como

x x

x

nanopartículas. Alimentos

Aditivos funcionales;

de

alimentos vitaminas

x

x

119

encapsuladas; aumento sistema inmunitario. Alimentos Alimentos Alimentos Alimentos Alimentos Alimentos

Embalajes “featrure-rich”.

x

Membranas de nanotubos de

x

carbono. Revestimientos.

x

Agentes: de goteo, espesantes,

x

antioxidantes. Nanomotores biológicos.

x

Nanofibras de carbohidratos y

x

celulosa. Nanobiosensores para control de

Seguridad alimentaria

la calidad de alimentos; detección x x x x x

x

x

de bacterias y virus. Seguridad alimentaria

Etiquetado

inteligente

(trazabilidad).

x

Envases activos que conservan el Seguridad alimentaria

producto e informan sobre su

x

x

x

estado; antibacterianos. ENERGÍA

120

“Súper-capacitores", que permiten Almacenamiento

el almacenamiento de grandes

x

x

x

cantidades de energía. Nanopartículas y nanotubos en baterías y pilas de combustible; Almacenamiento

mejora de materiales de pilas (ánodo,

cátodo,

polímeros

electrodos);

conductores

x x x

x

para

placas bipolares. Almacenamiento

Almacenamiento de hidrógeno Baterías,

Almacenamiento

x

convertidores

termoeléctricos o celdas solares

x x

x

para dispositivos inalámbricos. Almacenamiento

Fluidos de control térmico. Nanomateriales

Renovables

silicio,

para

radiaciones

x

sustitutos

del

aprovechar

las

infrarrojas

y

x

ultravioletas para generar energía. Renovables

Puntos

cuánticos,

pozos

cuánticos, nanotubos de carbono,

x

121

nanocables y dendrímeros, en dispositivos fotovoltaicos. Celdas solares más eficientes con superficies Renovables

nanoestructuradas

con nanocapas o nanfilamentos; céldas

sensibilizadas

por

de eficiencia

de la

x x x x x

x

x

x

colorante. Aumento Renovables

generación de hidrógeno a partir

x

del agua. Nanocables termoeléctricos de Termoelectricidad

silicio para conversión de calor en

x

electricidad. Películas Termoelectricidad

delgadas,

materiales

nanocristalinos, nanopartículas y

x

superredes. Materiales Transporte

nanoconductores

superestructurados y nanotubos x x x de alta conductividad.

Transporte

Varistores miniaturizados.

x

122

METALMECÁNICA Gestión inteligente de motores y Vehículos de transporte

reducción

del

combustible

y

consumo de

de

emisiones;

x

x

x

catalizadores. Sensores Vehículos de transporte

mejoran

y

actuadores

la

seguridad

que y

los

x

automatismos en vehículos. Nanomateriales compuestos para Vehículos de transporte

neumáticos

con

mayor

adherencia y resistencia a la

x

x

abrasión. Aleaciones Vehículos de transporte

más

ligeras

y

resistentes para piezas, chasis y

x

carrocerías. Materiales más ligeros y más fuertes Vehículos de transporte

en

transporte, refuerzo

vehículos polímeros

de

de con

x x

nanopartículas,

nanotubos de carbono para las

123

estructuras ultra-ligeras. Aplicaciones industriales Aplicaciones industriales Aplicaciones industriales Aplicaciones industriales

Vidrio autolimpiable. Recubrimientos:

antireflejantes,

x

anti-incrustantes. Materiales

nanoestructurados

x

multifuncionales. Textiles

inteligentes;

tejidos

x

conductores. Vigilancia

Seguridad,antiterrorismo

x

nanoelectrónica

x

x

para

identificación personal, biometría, x

x

controles de acceso. MEDIO AMBIENTE Medio ambiente

Nanosensores en dispositivos de control medioambiental.

x x

x

Nanomateriales cerámicos como Medio ambiente

aditivos

del

combustible

para

x x x

reducir los contaminantes del aire. Catalizadores Medio ambiente

nanoestructuras moléculas

basados para

en destruir

peligrosas

x x

x

x

y

124

contaminantes. Dendrímeros materiales Remediación

poliméricos nano-porosos

y para

separar y atrapar contaminantes. Eliminación de contaminantes en:

x

x

x

x

agua potable, aguas residuales y suelos. Sistemas fotocataliticos solares y Remediación

sistemas

de

separación

de

x

contaminantes residuales. Remediación

Tratamientos

de

agua

x

(fotocatalíticos).

SALUD-NANOMEDICINA Diagnóstico médico invitro Diagnóstico médico invitro

Biosensores,

biochips,

micro-

laboratorios, dispositivos lab-on- x x

x x

x x x x

x

x

x

x

chip. Sensores biomiméticos, uso de moléculas

como

sensores x

x

x

x

x

x

x

inteligentes.

Diagnóstico médico in- Nanomateriales

programables

x

125

vitro

basados en proteínas.

Diagnóstico médico in- Secuenciación genómica de bajo vivo Diagnóstico médico invivo

x

costo. Nanopartículas como marcadores o

agentes

de

contraste

en

x

x

x x x

x

x

x

pruebas diagnósticas. Imagen por resonancia magnética

Diagnóstico médico in- [MRI] vivo

y

ultrasonido,

uso

de

magnéticas

o

implantables

y

nanopartículas

x x

x

x

x

x

paramagnéticas. Dispositivos Diagnóstico médico invivo

nuevos

instrumentos

endoscópicos, especificas

nano

con

sondas

capacidad

x

x

de

penetrar en la célula. Diagnóstico médico invivo Diagnóstico médico invivo

Nanocápsulas polímeros,

recubiertas

con

dendrímeros

y

x

x

x

nanoesferas de oro. Puntos cuánticos para obtener imágenes multicolores

eficientes de

y

x

x

x

muestras

126

biológicas. Bioimplantes, Medicina regenerativa

inteligentes

biomateriales y

bioimplantes

multifuncionales; cocleares

y

de

x

x x

x x x

x

x

x

x

x

x

x

x

retina. Uso Medicina regenerativa

de

biomateriales

biomiméticos

y

moléculas

x

bioactivas de señalización. Biomateriales Medicina regenerativa

generación

de con

tercera polímeros

x

reabsorbibles a nivel molecular. Biomateriales como estructuras Medicina regenerativa

“andamios”

que

sustentan

el

x x x

x

x

x x x

x

x

crecimiento del tejido. Medicina regenerativa Medicina regenerativa

Aplicaciones con células madre. Biomateriales sensores para la activación de genes.

x

x

Pruebas de toxicidad in-vitro e in Medicina regenerativa

vivo

de

las

.nanopartículas

x

artificiales.

127

Terapéutica Terapéutica Terapéutica

Terapias

génicas

(farmacogenética). Nano sistemas de administración y liberación de fármacos. Terapia

hipertérmica

para

tratamiento del cáncer.

x

x

x

x

x x x x x x x x x x

x x

x

x

x x

x

x

x

x

x

x

x

Dispositivos de transfección para Terapéutica

usos

terapéuticos

(dispositivos

que pueden atravesar las barreras

x

x

biológicas). Combinación Terapéutica

de

diagnóstico

precoz, tratamiento y control de la

x

x

x

x

terapia (teranóstica). Terapéutica

Promotores de crecimiento óseo.

x

Terapéutica

Nuevos compuestos dentales.

x

Materiales Cosmética

biológicos,

nanopartículas, nanocontenedores

x

de lípidos ELECTRONICA - TIC TIC y electrónica

Ambientes

inteligentes:

redes x

x

128

multifuncionales de equipos y sistemas de comunicación. Transistores y mayor capacidad TIC y electrónica

de

almacenamiento

de x x

x

información Diodos orgánicos emisores de luz TIC y electrónica

(OLED) o pantallas de emisión de campo basada en nanotubos de

x

x

x

carbono (CNT-FED). Circuitos integrados con mayor TIC y electrónica

capacidad de conmutación y de almacenamiento de información

x x

x

x

x

x

x

(post-CMOS); QCA. TIC y electrónica

Espintrónica.

x x

x x

x

Almacenamiento de información y TIC y electrónica

dispositivos

de

memoria

nanométricos, memorias masivas

x x x x

x

x x

x

x

x

miniaturizadas ultra integradas. Aplicaciones en optoelectrónica, TIC y electrónica

la

fotónica

y

los

sistemas

x

embebidos.

129

Memorias MRAM, como sustituto TIC y electrónica

de las memorias DRAM con no volatilidad

de datos y

menor

x

x x

x x

x x

consumo de energía. Memorias de datos basados TIC y electrónica

moléculas biológicas y puntos cuánticos

(“quantum

dots”);

x

circuitos QCA. TIC y electrónica

Dispositivos de realidad virtual en el lugar de trabajo o de ocio. Metamateriales,

TIC y electrónica

sintéticos

materiales

que

manipulación

x

permiten

de

los

la

campos

x

x

electromagnéticos. Litrografía

óptica;

ultravioleta

extrema; de proximidad de rayos Nanofabricación

X,

E-beam

nanolitografía

proyection; de

haza

X

de

electrones. Nanofabricación

Scanning probe methods.

x

130

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:

131



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.

132

6.

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136

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