Resumen El artículo expone las nociones, conceptos y referentes básicos de la nanotecnología. Destaca su importancia en los programas de financiamiento público a nivel mundial y explora su previsible irrupción en las más diversas actividades, productos y servicios.




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títuloResumen El artículo expone las nociones, conceptos y referentes básicos de la nanotecnología. Destaca su importancia en los programas de financiamiento público a nivel mundial y explora su previsible irrupción en las más diversas actividades, productos y servicios.
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fecha de publicación06.01.2016
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Principales áreas de investigación y desarrollo


En la actualidad son cuatro las grandes áreas en las que se pueden dividir nanociencias y nanotecnologías: 1) Nanomateriales; 2) Nanometrología; 3) Electrónica, Optoelectrónica y Tecnologías de la Información y Comunicación; 4) Bionanotecnología y nanomedicina. En el mundo real de los laboratorios y proyectos estos cuatro campos se influyen unos a otros y se traslapan entre sí (Royal Society, 2004: 7-16).
Los nanomateriales constituyen una de las áreas de mayor y más antiguo desarrollo. Existen nanomateriales de una, dos y tres dimensiones. En recubrimientos (películas y materiales de una dimensión) se utilizan en la industria química, en la ingeniería y en la electrónica desde hace décadas. En el área de nanopartículas (materiales de tres dimensiones) su uso es el que más ha despuntado recientemente y está ya presente en cosméticos, protectores de piel, lentes para sol, materiales para la construcción, ventanas repelentes al agua y al polvo. En el transcurso de la presente década se utilizará en pinturas, anticontaminantes de tierra y agua, catalizadores de hidrógeno para generar combustible, pantallas de televisores, computadoras y monitores de todo tipo, baterías (“pilas”), aditivos para combustibles así como en catalizadores. En contraste, el uso de los nanotubos de carbono, nanotubos inorgánicos, fullerenes, nanocables (materiales de dos nanodimensiones) y biopolímeros tendrá lugar en un mediano/largo plazo (Royal Society, 2004: 7-12).
En lo que se refiere a la nanometrología –que consiste en el estudio de la medición de las dimensiones y las fuerzas de lo nano, donde la temperatura y otros factores modifican sensiblemente tamaño y propiedades de los objetos- se ha escrito ya en páginas previas sobre el decisivo paso que significaron durante los años ochenta la invención de los microscopios de efecto túnel y de fuerza atómica (STM y AFM). De hecho la nanometrología condiciona el ritmo de evolución en el resto de los campos nanotecnológicos pues ella se encarga estudiar la precisión en los procesos y productos efectuados y, eventualmente, hace posible la estandarización de los mismos. En los años recientes los avances logrados en este terreno han permitido ya la elaboración de componentes electromecánicos con menos de 50 nm., incorporados a los Sistemas Nano-Electrónico-Mecánicos (NEMS) presentes en los chips. (Royal Society, 2004: 12-14)
Bionanotecnología y nanomedicina parecen ser de las áreas más prometedores en el mediano y largo plazo, específicamente en lo referente a detección, diagnosis (“Lab-on-a–chip”), sistemas de administración de medicamentos (nuevos y ya existentes), implantes de prótesis y procesamiento de imágenes médicas. De hecho en este campo la nanotecnología confluyendo con la biotecnología, la robótica y la neurología, abrirá en el largo plazo la posibilidad de trascender un conjunto de limitaciones físicas y hasta mentales del ser humano, permitiéndole a las personas poder ser más saludables, más fuertes, más inteligentes, más capaces, más longevos, etcétera (Bruce, 2007; Silberglitt, et, al. 2006: 222; Roco, 2002).
En la actualidad se utilizan nanopartículas de óxido de plata en productos antibacteriales, así como también se hace uso rutinario de moléculas de ácido desoxirribonucléico (DNA) para el análisis en laboratorios de genes y proteínas. En esta área, por supuesto, la aplicación de los conocimientos y descubrimientos es más lento que en otros pues se requieren de años de pruebas para validar el uso de los nuevos medicamentos y métodos clínicos (Royal Society, 2004: 17-20)
Es en el área de la electrónica y tecnologías de la información y computación, donde la nanotecnología ha tenido un desarrollo más notable, ya que la evolución de este sector se ha caracterizado precisamente por la miniaturización de componentes –transistores-. Esta reducción o encogimiento ha ido ligada a una expansión de las capacidades de memoria y de velocidad en el procesamiento de la información. Ha estado vinculada, también, a un gran salto en la productividad que ha permitido una reducción de más de mil veces en los costos de producción de un transistor (Royal Society, 2004: 20-23). De hecho hoy día el principal campo de aplicación de la nanotecnología se encuentra en el corazón mismo de la industria de los semiconductores. En la última década la nanotecnología ha permitido dar continuidad al proceso de miniaturización de componentes electrónicos –circuitos integrados específicamente- previsto por la Ley de Moore. El sofisticado instrumental nanotecnológico requerido para elaborar chips cada vez más pequeños, rápidos y eficientes, provoca reestructuraciones productivas profundas en el sector de los semiconductores, requiriendo cuantiosas y crecientes inversiones para llevar a cabo la instalación y puesta en marcha de nuevas plantas.
A fines de los años noventa Pentium Intel incorporaba chips de 300 nm con capacidad para 1.5 millones de transistores, así como chips de memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) con capacidad para contener 64 millones de transistores. Los chips de 90 nm se comenzaron a producir en 2004 y el 2005 se probaron prototipos de chips de 60 nm y de 45 nm., los cuales aparecen en el mercado en 2006. La fabricación de estos chips se lleva a cabo mediante diversas técnicas nanolitográficas tales como el uso de destellos de electrones (EDBW), los baños de luz ultravioleta extrema, la nanoimpresión Step and Flash y la termoplástica, entre las más conocidas. Estas dos últimas parecen ser las técnicas más prometedoras para elaborar componentes de 32 nm. La hoja de ruta de la industria de los semiconductores estima que entre el 2013 y 2019 se producirán circuitos integrados de 6 nm., una dimensión quince veces menor que los predominantes actualmente, de 90 nm. (Kanellos, 2003)
4. La economía del conocimiento diminuto
Si bien la nanotecnología se encuentra, en lo fundamental, en un nivel “pre competitivo”, ella se distingue por su rápida incursión y desarrollo en múltiples actividades industriales y productos de muy diverso tipo. En la próxima década ingresará a una etapa de difusión amplia en su uso y a su consecuente despegue económico en los mercados internacionales. A principios del siglo XXI Roco y Bainbridge estimaron en un billón de dólares (trillion of dolars) el valor de los productos con nanotecnología hacia el 2015 y en 7 millones el número de puestos de trabajo creados en torno a actividades nanotecnológicas (Roco, 2007: 4). Al ser cruce donde confluyen e interaccionan multitud de disciplinas científicas y tecnologías diversas, los modernos nanoproductos que están apareciendo en los mercados son representativos de las actividades económicas basadas en el uso intensivo de la ciencia y el conocimiento especializado. La nanotecnología constituye así una rama emergente de la llamada economía del conocimiento (David, 2002).
El análisis de patentes es una forma de estimar el avance científico, sus fuerzas conductoras, sus diversos campos de investigación y desarrollo, los vínculos entre dichos campos, los inventores, los países, las instituciones y las firmas involucradas. Un amplio estudio sobre los procesos de patentación en nanotecnología registrados en la United States Patent Trademark Office (USPTO) durante el período 1976-2002 (Huang, et. al, 2003) arrojó los siguientes resultados fundamentales:


  • Contabilizando un total de 77 605 patentes, en las que participaron 123 752 inventores de 228 países y de 69 927 instituciones o empresas, los Estados Unidos encabezan, de lejos, la lista de países con mayor número de patentes (80%), seguido remotamente por Japón (alrededor de 10%), Francia (alrededor de 3%), y con porcentajes menores al 1% Reino Unido, Suiza, Taiwán. Italia. Corea, Holanda, Suecia, Bélgica, Finlandia y Dinamarca.

  • De un total de 22 608 patentes registradas entre enero de 2000 a abril de 2003 en la USPTO, la siguiente gráfica ilustra la distribución de las patentes nanotecnológicas entre países con porcentajes similares a los observados en el período 1976-20026:

.

Gráfica 1



Fuente: Huang, et. al, 2003.


  • Las empresas e instituciones que dominan los procesos de nanopatentación se concentran en los Estados Unidos y Japón. Los siguientes veinte nombres encabezan la lista:



Cuadro 4

Veinte firmas e instituciones con mayor número de nano patentes,

1976-2002

Puesto

Nombre

Número de patentes

1

International Business Machines Corporation

2092

2

Xerox Corporation

1039

3

Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M)

809

4

Micron Technology, Inc.

781

5

Eastman Kodak Company

738

6

Motorola, Inc.

705

7

Texas Instruments Incorporated

694

8

NEC Corporation

608

9

The Regents of the University of California

540

10

The United States of America as represented by the Secretary of the Navy

525

11

Canon Kabushiki Kaisha

505

12

Advanced Micro Devices, Inc.

502

13

General Electric Company

491

14

Hitachi, Ltd.

462

15

Hewlett-Packard Company

434

16

Kabushiki Kaisha Toshiba

412

17

E. I. DuPont de Nemours and Company

362

18

Lucent Technologies Inc.

341

19

Intel Corporation

341

20

The Dow Chemical Company

322

Fuente: Huang, et. al., 2003, Cuadro 5.







  • Desde la perspectiva de su uso industrial, 18 784 patentes corresponden a la industria química, farmacéutica y de catalizadores (23%); 16 704 a la electrónica (20.44%); 4860 a la de materiales (5.95 %) y 41 352 a otros (50.61%). La siguiente tabla indica los veinte principales “campos tecnológicos” a los que corresponden las patentes:


Cuadro 5

Principales campos tecnológicos de las nanopatentes

1976-2002

Campo

Numero de patentes

Chemistry: molecular biology and microbiology

7946

Drug, bio-affecting and body treating compositions (CCL-514)

6183

Drug, bio-affecting and body treating compositions (CCL-424)

4683

Radiant energy

4657

Stock material or miscellaneous articles

3939

Active solid-state devices (e.g. transistors, solid-state diodes)

3933

Semiconductor device manufacturing: process

3877

Organic compounds - part of the class 532-570 series

3756

Chemistry: natural resins or derivatives; peptides or proteins; lignins or reaction productos thereof

3753

Optics: systems (including communication) and elements

3404

Coating processes

3265

Chemistry: analytical and immunological testing

3027

Radiation imagery chemistry: process, composition, or product thereof

2983

Optics: measuring and testing

2957

Static information storage and retrieval

2310

Miscellaneous active electrical nonlinear devices, circuits, and systems

2286

Chemistry: electrical and wave energy

1864

Chemical apparatus and process disinfecting, deodorizing, preserving, or sterilizing

1829

Coherent light generators

1775

Compositions

1680

Multiplex Communications

1638


Fuente: Huang, et. al., 2003, Cuadro 10.
Un estudio más reciente del Instituto de Nanotecnología del Reino Unido (Singh, 2007) indica que en los últimos años la mayor actividad de patentación se ubica en los sectores de la electrónica, la energía y los productos para la salud y el cuidado personal. En el campo de la nanoelectrónica, las principales patentes corresponden a Japón, Estados Unidos y Europa. Fujitsu y Samsung son las firmas líderes, seguidas por Hitachi, Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología, Hewlett Packard y Philips. En el sector de la energía el dominio pertenece también a Japón, seguido de Corea y los Estados Unidos. Las compañías líderes son Sony y Samsung. En el sector de la salud y el cuidado personal destacan los países de la Comunidad Europea, Estados Unidos, China y Rusia. Las empresas destacadas son L´Oriel, Elan Corp., Boston Scientific, Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) y Philips.
Dentro de las tendencias relevantes que destaca el mencionado estudio se encuentra el que las universidades e instituciones públicas han adquirido en los últimos años un creciente peso en las invenciones e innovaciones. El estudio estima que las universidades poseen el 70% de las patentes nanotecnológicas clave y que si antes de 1980 las universidades obtenían en promedio 250 patentes por año a nivel mundial, en el 2003 esa cifra se elevó a 3 993 patentes (Singh, 2007: 8-10).
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