Síntesis documental prospectiva

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ESTUDIOS DE CONSULTORÍA EN EL SECTOR NANOTECNOLÓGICO SÍNTESIS DOCUMENTAL PROSPECTIVA

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ESTUDIOS DE CONSULTORÍA EN EL SECTOR NANOTECNOLÓGICO

SÍNTESIS DOCUMENTAL PROSPECTIVA

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ESTUDIOS DE CONSULTORÍA EN EL SECTOR NANOTECNOLÓGICO

SÍNTESIS DOCUMENTAL PROSPECTIVA

Consorcio:

Observatorio Tecnológico (OTEC) del Departamento de Ingeniería Industrialde 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.

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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

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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 desarro-llado 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 Recer-ca (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 Subse-cretaría 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 equi-po 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.

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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

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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

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7

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

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8

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.

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9

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 Autor

2020 Vision for the Future of

Nanoelectronics, A far-sighted strategy

for Europe

European Commission, High Level Group

Aplicaciones industriales de las

nanotecnologías en España en el

horizonte 2020

Fundación OPTI

Responsible Development of

Nanotechnology: Turning Vision Into

Reality

Business and Industry Advisory

Committee to the OECD

International Strategy and Foresight

Report on Nanoscience and

Nanotechnology

Departamento de Análisis de Sistemas

del Risoe National Laboratory, de

Dinamarca – Luther, W.

Report to the President and Congress on

The Third Assessment of The National

Nanotechnology Initiative.

President’s Council of Advisors on

Science and Technology - USA

UK Strategy for Nanotechnology TBxConsulting Ltd & NanInk Inc.- Bontoux,

T and Warwick, T.

European Initiative on Nanoscience and

Nanotechnology - Gennesys project

European Commission

Vision Paper and Basis for a Strategic

Research Agenda for NanoMedicine

European Commission, High-Level Group

European Technology Platform on

NanoMedicine, Nanotechnology for

Health

Roadmaps in Nanomedicine: Towards European Commission, European

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2020 Technology Platform on NanoMedicine

Nanotechnology Research Directions for

Societal Needs in 2020. Retrospective

and Outlook

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

Nanoscience and Future Trends in

Medical Technologies

Instituto de Nanotecnología de Stirling

de Reino Unido – Moore, R.

Roadmaps at 2015 on Nanotechnology

Application in the Sectors of: Materials,

Health & Medical Systems, Energy

AIRI/Nanotec IT. Proyecto Nanoroadmap

(NRM) – Comisión Europea

Nanotechnology: The Future is Coming

Sooner Than You Think

Joint Economic Committee, United States

Congress

Nanomedicine. An ESF – European

Medical Research Councils (EMRC)

Forward Look report

European Science Foundation

Technology Foresight on Danish

Nanoscience and Nanotechnology

Ministry of Science Technology an

Innovation

Nanotechnology – a Key Technology for

the Future of Europe

Ottilia Saxl

Systemic scenarios of nanotechnology:

Sustainable governance of emerging

technologies

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

(Suiza).

Nanofrontiers. Visions for the future of

nanotechnology

Project on emerging nanotechnologies –

Schmidt, K.

The Global Technology Revolution 2020,

In-Depth Analyses

Bio/Nano/Materials/Information Trends,

Drivers, Barriers, and Social Implications

(2006)

RAND Corporation – Silberglitt, R., Antón,

P., Howell, D. Wong, A.

BfR Delphi Study on Nanotechnology

Expert Survey of the Use of

Nanomaterials in Food and Consumer

Products

Federal Institute for Risk Assessment

Nanomaterial Roadmap 2015. Roadmap Syntens – Stiching Syntens, Innovation

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Report Concerning the Use of

Nanomaterials in the Medical & Health

Sector

Network for Entrepreneur, Netherland &

Steinbeis-Europa-Zentrum, Germany

Roadmap Report on Nanoparticles NRM - NanoRoadMap project

Technology Roadmap for

Nanoelectronics

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

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12

suelo.

Administración controlada de herbicidas,

pesticidas y fertilizantes.

Alimentos

Nuevas formulaciones de alimentos y

formulaciones con vitaminas y precursores como

nanopartículas. Agentes: de goteo, espesantes,

antioxidantes.

Aditivos de alimentos funcionales.

Nanopartículas funcionales para tratamiento eficaz

de alergias alimentarias y para otros fines

específicos.

5

Alimentos - seguridad

Nanobiosensores para control de la calidad de

alimentos; detección de bacterias y virus 7

Embalajes featrure-rich: capaces de detectar

pesticidas o deterioro. Membranas de nanotubos.

Etiquetado inteligente (trazabilidad). Envases

activos.

3

ENERGÍA

Generación / renovables

Celdas solares más eficientes con

superficies nanoestructuradas con nanocapas o

nanfilamentos; celdas sensibilizadas por

colorante.

Nanomateriales sustitutos del silicio, para

aprovechar las radiaciones infrarrojas y

ultravioletas para generar energía

9

Nanopartículas y nanotubos en baterías y

pilas de combustible; mejora de materiales de

pilas (ánodo, cátodo, electrodos); polímeros

conductores para placas bipolares.

Aumento de eficiencia de la generación de

hidrógeno a partir del agua.

4

Puntos cuánticos, pozos cuánticos, nanotubos de

carbono, nanocables y dendrímeros, en 2

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13

dispositivos fotovoltaicos.

Almacenamiento

“Súper-capacitores", que permiten el

almacenamiento de grandes cantidades de

energía.

3

Baterías, convertidores termoeléctricos o celdas

solares para dispositivos inalámbricos. 3

Transporte

Materiales nanoconductores

superestructurados y nanotubos de alta

conductividad. Superredes.

Varistores miniaturizados.

5

METALMECÁNICA

Vehículos de transporte

Gestión inteligente de motores y reducción del

consumo de combustible y de emisiones;

catalizadores.

3

Nanomateriales compuestos para neumáticos con

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

estructuras ultra-ligeras.

3

Aplicaciones industriales

Materiales nanoestructurados

multifuncionales;

Recubrimientos: antirreflejantes, anti-

incrustantes.

2

Textiles inteligentes; tejidos conductores. 3

Seguridad/antiterrorismo Vigilancia nanoelectrónica para identificación

personal, biometría, controles de acceso. 2

MEDIO AMBIENTE

Medio ambiente-control

Nanosensores en dispositivos de control

medioambiental. 3

Nanomateriales cerámicos como aditivos del

combustible para reducir los contaminantes del 3

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14

aire.

Catalizadores basados en nanoestructuras para

destruir moléculas peligrosas y contaminantes. 4

Remediación

Dendrímeros poliméricos y materiales nano-

porosos para separar y atrapar contaminantes.

Eliminación de contaminantes en: agua potable,

aguas residuales y suelos.

4

Sistemas foto catalíticos solares y sistemas de

separación de contaminantes residuales. 2

SALUD-NANOMEDICINA

Diagnóstico médico in-

vitro

Biosensores, sensores biomiméticos, biochips,

micro-laboratorios, dispositivos lab-on-chip. 14

Diagnóstico médico in-

vivo

Nanopartículas como marcadores o agentes de

contraste en pruebas diagnósticas. 8

Imagen por resonancia magnética [MRI] y

ultrasonido, uso de nanopartículas magnéticas o

paramagnéticas.

6

Dispositivos implantables y nuevos instrumentos

endoscópicos, nano sondas especificas con

capacidad de penetrar en la célula.

2

Nanocápsulas recubiertas con polímeros,

dendrímeros y nanoesferas de oro. 3

Puntos cuánticos para obtener imágenes

eficientes y multicolores de muestras biológicas. 3

Medicina regenerativa

Bioimplantes, biomateriales inteligentes y

multifuncionales; bioimplantes cocleares y de

retina.

12

Biomateriales de tercera generación con

polímeros reabsorbibles a nivel molecular.

Nanomateriales programables basados en

proteínas.

2

Biomateriales como estructuras “andamios” que

sustentan el crecimiento del tejido. 8

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15

Aplicaciones con células madre. 5

Terapéutica

Nano sistemas de administración y liberación de

fármacos. 18

Terapias génicas (farmacogenética). 7

Combinación de diagnóstico precoz, tratamiento y

control de la terapia (teranóstica). 4

Terapia hipertérmica para tratamiento del cáncer. 2

Dispositivos de transfección para usos

terapéuticos (dispositivos que pueden atravesar

las barreras biológicas).

2

ELECTRÓNICA - TIC

TIC y electrónica

Almacenamiento de información y dispositivos de

memoria nanométricos, memorias masivas

miniaturizadas ultra integradas.

7

TIC y electrónica

Circuitos integrados con mayor capacidad de

conmutación y de almacenamiento de información

(post-CMOS); QCA.

7

TIC y electrónica Espintrónica. 5

TIC y electrónica Memorias de datos basados moléculas biológicas

y puntos cuánticos (quantum dots); Circuitos QCA. 5

TIC y electrónica Aplicaciones en optoelectrónica, la fotónica y los

sistemas embebidos. 4

TIC y electrónica Transistores y mayor capacidad de

almacenamiento de información. 3

TIC y electrónica

Diodos orgánicos emisores de luz (OLED) o

pantallas de emisión de campo basada en

nanotubos de carbono (CNT-FED).

3

TIC y electrónica

Memorias MRAM, como sustituto de las

memorias DRAM con no volatilidad de datos y

menor consumo de energía.

3

TIC y electrónica Ambientes inteligentes: redes multifuncionales de

equipos y sistemas de comunicación. 2

TIC y electrónica Metamateriales, materiales sintéticos que 2

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16

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.

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17

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.

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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.

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2. SÍNTESIS DE DOCUMENTOS PROSPECTIVOS

2.1 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.

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20

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.

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21

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 nano-

herramientas 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

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22

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,

Page 23: Síntesis documental prospectiva

23

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.

Page 24: Síntesis documental prospectiva

24

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

Page 25: Síntesis documental prospectiva

25

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.

Page 26: Síntesis documental prospectiva

26

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

Page 27: Síntesis documental prospectiva

27

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.

Page 28: Síntesis documental prospectiva

28

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

Page 29: Síntesis documental prospectiva

29

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 (CNT-

FED). 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.

Page 30: Síntesis documental prospectiva

30

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.

Page 31: Síntesis documental prospectiva

31

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.

Page 32: Síntesis documental prospectiva

32

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.

Page 33: Síntesis documental prospectiva

33

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

Page 34: Síntesis documental prospectiva

34

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).

Page 35: Síntesis documental prospectiva

35

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

Page 36: Síntesis documental prospectiva

36

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

Page 37: Síntesis documental prospectiva

37

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.

Page 38: Síntesis documental prospectiva

38

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

Page 39: Síntesis documental prospectiva

39

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

Page 40: Síntesis documental prospectiva

40

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

Page 41: Síntesis documental prospectiva

41

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

Page 42: Síntesis documental prospectiva

42

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.

Page 43: Síntesis documental prospectiva

43

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.

Page 44: Síntesis documental prospectiva

44

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

Page 45: Síntesis documental prospectiva

45

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

Page 46: Síntesis documental prospectiva

46

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-of-

care, 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-a-

chip 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

Page 47: Síntesis documental prospectiva

47

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

Page 48: Síntesis documental prospectiva

48

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

Page 49: Síntesis documental prospectiva

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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

Page 50: Síntesis documental prospectiva

50

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).

Page 51: Síntesis documental prospectiva

51

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

Page 52: Síntesis documental prospectiva

52

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

Page 53: Síntesis documental prospectiva

53

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)

Page 54: Síntesis documental prospectiva

54

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.

Page 55: Síntesis documental prospectiva

55

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

Page 56: Síntesis documental prospectiva

56

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

Page 57: Síntesis documental prospectiva

57

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.

Page 58: Síntesis documental prospectiva

58

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

Page 59: Síntesis documental prospectiva

59

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,

Page 60: Síntesis documental prospectiva

60

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.

Page 61: Síntesis documental prospectiva

61

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 (Steinbeis-

Europa-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

Page 62: Síntesis documental prospectiva

62

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 fármacos-

nanopartículas, 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

específicas

Sin especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años

Core shell

nanoparticles

Administració

n de fármacos.

Radioterapia

DNA nanoparticles Terapia

génica

Page 63: Síntesis documental prospectiva

63

Fullerenes Administración

de fármacos

Gold (Au)

nanoparticles

Tratamientos

terapéuticos

Gold shell

nanoparticles.

Implantes

para la

administración

de fármacos

Nanomagnets like

iron oxide (Fe2O3)

Pinturas y

recubrimien

tos

Iron carbon coated

[Fe-C] nanoparticles

Administ

ración de

fármaco

local

Lipid nanocontainers

or liposomes

(vesicles that consist

of one to several

chemically active

lipid bilayers).

Administr

ación de

fármacos

Peptide based self-

assembling materials

Nanoestructur

a de peptido

sensible

Peptides for

molecular

recognition

Focaliza

ción por

péptidos

Platinum

nanoparticles

Tratamientos

terapéuticos

Poly (L-lactic acid)

(PLLA) nanofibers

Administr

ación de

fármacos

Poly (N-isopropyl Administració

Page 64: Síntesis documental prospectiva

64

acrylamide)

NIPAM/PNIPAM

n de fármacos

Poly(alkylbenzene)-

Poly(diene) PAB-

PDM nanoparticles

Administr

ación de

fármacos y

aplicacione

s de la

sangre

Poly([bis(trifluoroehto

xy)phoasphazene]

(PTFP) nanofibers

Administ

ración de

fármacos

Poly-lactic-co-glycolic

acid (PLGA)

nanofibers

Nanocáps

ulas para

administraci

ón de

fármacos y

nanoesfera

s

Polymethacrylic acid

/ polyethylene oxide

(PMMA/PEO)

nanostructures

Cápsula

s

degradabl

es

portadora

s

Polypyrrole (PPY)

nanotubes

Liberación

controlada

de

fármacos y

pigmentos

Self assembling

protein nanoparticles

Chaperon

hidrofobina

Proteina de

capa S

Page 65: Síntesis documental prospectiva

65

Silver (Ag)

nanoparticles

materiales

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.

Page 66: Síntesis documental prospectiva

66

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

Page 67: Síntesis documental prospectiva

67

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).

Page 68: Síntesis documental prospectiva

68

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 6-10 años

Core shell

nanoparticle

Imágenes

Fullerenes Trazador Agentes

para terapia

del cáncer y

ayudantes

Gold (Au)-

nanoparticles

Catalizadores Tratamientos

terapéuticos

Gold Shell

nanoparticle

Agente de

contraste de

imagen

Polyacrylonitrile

(PAN)

nanostructures

Campos

de emisión

de arrays

Poly-ethylene glicol

(PEG) nanostructures

bioensayos

ultrasensibles

y marcadores

fluorescentes

multicolores

POSS

Nanostructured

Catalysts

Agentes de

contraste

Quantum dot

(nanoparticle)

Agente de

contraste de

imagen

Silver (Ag)-

Nanoparticles

Aplicaciones

ópticas

Page 69: Síntesis documental prospectiva

69

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

específicas

Sin especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años

Biological

composite

materials

Nanocompuestos

de calcita

Hydrophobic

fumed silica

nanoparticles

cosméticos

Lipid

nanocontainers

Administración

de fármacos

Polymer matrix

filled with

activated silver

(AG-AG3PO4)

nanocomposite

Materiales

antimicrobianos,

antibacterianos

y antifúngicos

Cosméticos

Pasta

Page 70: Síntesis documental prospectiva

70

dentrífica

Polymethacrylic

acid/

polyethylene

oxide

(PMAA/PEO)

nanoestructuras

Cápsulas

degradables

portadoras

Polypyrrole (PPY)

nanotubes

Liberación

controlada de

drogas y

pigmentos

POSS

Nanoestructured

Catalysts

Cosméticos

Self-assembling

protein

Hidrofobina

Silica (SiO2)-

nanoparticles,

coating

Impresión de

alto brillo

Silver (Ag)-

Nanoparticles

Materiales

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, ...)

Page 71: Síntesis documental prospectiva

71

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

s/ Aplicaciones

específicas

Sin

especifica

r

0-2 años 3-5 años 6-10 años

Core Shell

nanoparticle

Descubrimient

o de nuevos

fármacos

DNA

naoparticle

Descubrimient

o de nuevos

fármacos

Fullerenes agentes para la

terapia del

cáncer y

ayudantes

Gold (Au)-

Nanoparticles

Tratamientos

terapéuticos

Lipid

nanocontainers

Descubrimient

o de nuevos

fármacos

Peptide based

self-assembling

materials

Nanoestructura

s de péptidos

sensible

Page 72: Síntesis documental prospectiva

72

Platinum (Pt)-

Nanoparticles

Tratamiento

terapéuticos

Self-

assembling

protein

Hidrofobina

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

Sin

especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años

Core shell

nanoparticle

diagnóstico

Page 73: Síntesis documental prospectiva

73

DNA nanoparticle Diagnóstico

médico

DNA-hybrids Análisis de

ADN con

nanopartículas

Peptides for

molecular

recognition

Focalización

por péptidos

Quantum dot

(nanoparticle)

Diagnóstico

molecular

Silver (Ag)-

Nanoparticles

Aplicaciones

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

Page 74: Síntesis documental prospectiva

74

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 nano-

química. 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

Page 75: Síntesis documental prospectiva

75

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/

aplicaciones específicas

Sin

especific

ar

0-2 años 3-5 años 6-10 años

Poly

[bis(trifluoroethoxy)phosphaz

ene] (PTFP) nanofibers

Ingeniería de

tejidos e

implantes

Poly- ethylene glicol (PEG)

nanostructures

Materiales

biocompatibl

es y

biodegradabl

es

Polymer matrix filled with Materiales

Page 76: Síntesis documental prospectiva

76

activated silver (AG-AG3PO4

nanocomposite

antibacterian

os,

antimicrobian

os y

antifúngicos

Cateters

Implantes

de cadera

POSS nanostrustured

Catalysts

Recubrimient

os

Self-assembling protein Chaperon

Hidrofobina

Proteina

capa S

Silicon Carbide (SiC)

nanofibers

Grabación de

señales

eléctricas de

neuronas

Silver (Ag)- Nnanoparticles Materiales

antibacterian

os,

antimicrobian

os y

antifúngicos

Stainless Steel- Bulk material

with nano-grains

Dispositivos

médicos

Synthetic Hectorite (clay

platelets)

implant

es

Titanium (Ti)- Bulk material

with nano-grains

Implantes

médicos

Titanium (Ti) nanoparticles Implantes

Zirconia (partially stabilized)

(ZrO2)- bulk material with

Herramient

as de

Page 77: Síntesis documental prospectiva

77

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

Page 78: Síntesis documental prospectiva

78

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 3-5 años 6-10 años

Core shell nanoparticle Ingeniería de

tejidos

DNA nanoparticle Ingeniería de

tejidos

Hydroxyapatite Reemplazo

óseo

PLLA nanofibers Regeneración

de tejidos

Page 79: Síntesis documental prospectiva

79

humanos

NIPAM/PNIPAM (bulk) Ingeniería de

tejidos

[PMMA]

nanostructured films

Revestimiento

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

nano-grains

Implantes

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

Page 80: Síntesis documental prospectiva

80

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

Page 81: Síntesis documental prospectiva

81

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

específicas

Sin especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años

2D DNA lattice Nanoestructur

ación

Biological composite

materials

Nanocompues

tos de calcita

Biological nanomotors microtubules

kinesin railway

Cellulose/

carbohydrate

nanofibers

Reinforcement

by cellulose

whiskers

Core Shell nanoparticle diagnósticos

Lipid nanocontainers Administració

n de fármacos

Montmorillonite

nanoclays (platelet)

Revestimiento

embalaje de

alimentos

Ni-Ti- Bulk material

with nano-grains

MEMS-

Sistemas micro-

electro-

mecánicos

Nylon Clay (bulk) Revestimiento

s barrera

Page 82: Síntesis documental prospectiva

82

Peptide based self-

assembling materials

Nanoestructur

a de péptidos

sensibles

Peptides for molecular

recognition

Focalización

por péptidos

(PMMA/PEO)

nanostructures

Carrier

degradable

capsules

Polyolefin with clays

(bulk)

Embalaje

Rubber-clay

nanocomposite (bulk)

Embalaje para

alimentos

Self-assembling

protein

Hidrofobina

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.

Page 83: Síntesis documental prospectiva

83

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

proteómica y genómica.

Nanomateriales/

aplicaciones

específicas

Sin

especificar 0-2 años 3-5 años 6-10 años

2D DNA lattice nanostructu

ring

Core shell nanoparticle Diagnóstico

DNA nanoparticle Diagnóstico

médico

DNA-hybrids Analítica ADN

con

nanopartículas

Gold Shell nanoparticle Diagnóstico

molecular

(PTFP) nanofibers Ingeniería de

tejidos e

implantes

Quantum dot

(nanoparticle)

Diagnóstico

molecular

Virus particles Material para

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

Page 84: Síntesis documental prospectiva

84

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

Page 85: Síntesis documental prospectiva

85

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.

Page 86: Síntesis documental prospectiva

86

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

Page 87: Síntesis documental prospectiva

87

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.

Page 88: Síntesis documental prospectiva

88

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 nano-

flash. 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.

Page 89: Síntesis documental prospectiva

89

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 bottom-

up.

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

Page 90: Síntesis documental prospectiva

90

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.

Page 91: Síntesis documental prospectiva

91

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

1

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

Europe

Autor European Commission, High Level Group

DT1 TIC y electrónica, ambientes inteligentes: redes multifuncionales de

equipos y sistemas de comunicación.

DT2 TIC y electrónica: nuevos transistores con mayor capacidad de

almacenamiento.

DT3 TIC y electrónica: diodos orgánicos emisores de luz (OLED) para

pantallas visuales muy delgadas y flexibles con mayor rendimiento.

DT4 TIC y electrónica: espintrónica.

DT5 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, micro-

laboratorios, dispositivos lab-on-chip.

DT6 Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de

moléculas como sensores inteligentes.

DT7 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y

multifuncionales.

DT8 Agroalimentación, seguridad alimentaria: nanobiosensores para control

de la calidad.

DT9 Agroalimentación, seguridad alimentaria: etiquetado inteligente

(trazabilidad).

DT10 Energía, transporte: gestión inteligente, reducción del consumo de

combustible.

DT10 Metalmecánica, transporte: mayor seguridad con dispositivos

Page 92: Síntesis documental prospectiva

92

anticolisión.

DT11 Seguridad, antiterrorismo: vigilancia nanoelectrónica para identificación

personal, biometría, controles de acceso.

DT12 Medio ambiente: nanosensores en dispositivos de control

medioambiental.

Documento

2

Aplicaciones industriales de las nanotecnologías en España en el

horizonte 2020

Autor Fundación OPTI

DT1 Metalmecánica, transporte: aleaciones más ligeras y resistentes para

piezas, chasis y carrocerías.

DT2 Mecánica, transporte: nanomateriales compuestos para neumáticos

con mayor adherencia y resistencia a la abrasión.

DT3 Energía, transporte: nanomateriales para mejorar el rendimiento y la

fiabilidad de los sistemas de propulsión, con reducción de emisiones.

DT4 Mecánica, transporte: sensores y actuadores que mejoran la seguridad

y los automatismos.

DT5

Energía, renovables: nanomateriales sustitutos del silicio, para

aprovechar las radiaciones infrarrojas y ultravioletas para generar

energía.

DT6

Energía, renovables: nanomateriales como catalizadores para obtención

de combustibles líquidos e hidrógeno para pilas de combustible,

sistemas bio-inspirados.

DT7 Energía, almacenamiento de energía: nanomateriales para controlar la

captura y liberación del hidrógeno.

DT8 Energía, transporte de energía: materiales nanoconductores

superestructurados y nanotubos de alta conductividad.

DT9 Medio ambiente: nanosensores en dispositivos de control

medioambiental.

DT10 Medio ambiente, remediación: catalizadores basados en

nanoestructuras para destruir moléculas peligrosas y contaminantes.

DT11 TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de

conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS).

DT12 TIC y electrónica: nuevos transistores y circuitos basados en nanotubos

Page 93: Síntesis documental prospectiva

93

de carbono.

DT13 TIC y electrónica: espintrónica.

DT14 TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de

memoria nanométricos.

DT15 TIC y electrónica: aplicaciones en optoelectrónica, la fotónica y los

sistemas embebidos.

DT16 Agroalimentación, seguridad alimentaria: uso de biosensores para

control de calidad.

DT17 Agroalimentación, alimentos: envases activos que conservan el

producto e informan al consumidor sobre su estado.

DT18 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores.

DT19 Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como

marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.

DT20 Salud, medicina regenerativa: uso de biomateriales biomiméticos

(biomateriales inteligentes, moléculas bioactivas de señalización).

DT21 Salud, medicina regenerativa: biomateriales de tercera generación con

polímeros reabsorbibles a nivel molecular.

DT22 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que

sustentan el crecimiento del tejido.

DT23 Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre.

DT24 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

fármacos.

DT25 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).

Documento

3

Responsible Development of Nanotechnology: Turning Vision Into

Reality

Autor: Business and Industry Advisory Committee to the OECD (BIAC)

DT1 Metalmecánica, transporte: materiales más ligeros y más fuertes en

vehículos de transporte.

DT2 Energía, transporte: diseño de los motores de combustión más

eficiente.

DT3 Energía, almacenamiento: “súper-capacitores", que permiten el

almacenamiento de grandes cantidades de energía.

DT4 Energía, renovables: celdas solares más eficientes y pilas de

Page 94: Síntesis documental prospectiva

94

combustible.

DT5 Energía, renovables: pilas de combustible.

DT6 Agroalimentación, agricultura: fertilizantes inteligentes que reaccionan a

las condiciones ambientales.

DT7 Agroalimentación, seguridad alimentaria: biosensores para control de la

calidad.

DT8 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

fármacos.

DT9 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que

sustentan el crecimiento del tejido.

DT10 Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: nanopartículas magnéticas o

paramagnéticas en la resonancia magnética (MRI).

DT11 TIC y electrónica: sensores inteligentes, optoelectrónica, electrónica

molecular, computación cuántica.

DT12 TIC y electrónica: circuitos con mayor capacidad de procesamiento y de

almacenamiento de información.

DT13 TIC y electrónica: dispositivos de memoria nanométricos.

DT14 Medio ambiente, remediación: nano partículas de hierro para oxidar los

contaminantes orgánicos.

DT15 Medio ambiente, remediación: separación de metales pesados

(mercurio, plomo, arsénico) mediante materiales nano-porosos.

DT16 Medio ambiente, remediación: dendrímeros poliméricos para separar y

atrapar contaminantes.

DT17 Medio ambiente: nanomateriales cerámicos como aditivos del

combustible para reducir los contaminantes del aire.

DT18 Medio ambiente, remediación: eliminación de contaminantes en agua

potable y aguas residuales.

Documento

4

International Strategy and Foresight Report on Nanoscience and

Nanotechnology

Autor Dr. Wolfgang Luther, Consultant, VDI Technologiezentrum GmbH

DT1

TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de

memoria nanométricos, memorias masivas miniaturizadas ultra

integradas.

Page 95: Síntesis documental prospectiva

95

DT2

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

memorias DRAM con no volatilidad de datos y menor consumo de

energía.

DT3 TIC y electrónica: memorias de datos basados moléculas biológicas y

puntos cuánticos (quantum dots).

DT4 TIC y electrónica: diodos orgánicos emisores de luz (OLED) o pantallas

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

DT5 TIC y electrónica: electrónica portátil (en textiles fibras).

DT6 TIC y electrónica: dispositivos de realidad virtual o aumentada en el

lugar de trabajo o de ocio.

DT7

Energía, almacenamiento: baterías, pilas de combustible en miniatura,

convertidores termoeléctricos o células solares para dispositivos

portátiles.

DT8 Mecánica, transporte: nanomateriales compuestos para neumáticos

con mayor adherencia y resistencia a la abrasión.

DT9

Metalmecánica, transporte: materiales más ligeros y más fuertes en

vehículos de transporte, polímeros con refuerzo de nanopartículas,

nanotubos de carbono para las estructuras ultra-ligeras.

DT10 Energía, almacenamiento: celdas de combustible y almacenamiento de

hidrógeno.

DT11 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

fármacos.

DT12 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).

DT13

Salud, diagnóstico médico in-vivo/imagen: imagen por resonancia

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 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que

sustentan el crecimiento del tejido.

DT17 Salud, medicina regenerativa: uso de biomateriales, nanocompuestos

de aleaciones de titanio (mayor biocompatibilidad).

DT18 Salud, diagnóstico médico in-vitro: dispositivos lab-on-chip.

Page 96: Síntesis documental prospectiva

96

DT19 Agroalimentación, alimentos: formulaciones de vitaminas y precursores

como nanopartículas.

DT20

Agroalimentación, alimentos: envases activos que conservan el

producto e informan al consumidor sobre su estado, polímeros

reforzados con nanopartículas de baja permeabilidad a los gases.

DT21 Agroalimentación, alimentos: uso de biosensores para control de

calidad.

DT22 Energías, renovables: celdas solares más eficientes con superficies

nanoestructuradas con nanocapas o nanofilamentos.

DT23 Energía, renovables: nanomateriales y elementos electrónicos plásticos

combinados en semiconductores fotovoltaicos.

DT24 Energía, almacenamiento: nanopartículas y nanotubos en baterías y

pilas de combustible.

DT25 Energía, almacenamiento: almacenamiento de hidrógeno en materiales

nanoestructurados.

DT26 Medio ambiente, remediación: nanopartículas catalizadoras como

aditivo para el combustible para eliminar contaminantes.

Documento

5

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

National Nanotechnology Initiative

Autor: Executive Office of the President, President’s Council of Advisors on

Science and Technology

DT1 Salud, diagnóstico in-vivo, secuenciación genómica de bajo costo.

DT2 Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como

marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.

DT3 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, nanosensores para la

detección de biomarcadores clínicos.

DT4 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes.

DT5 Agroalimentación, seguridad alimentaria: biosensores.

DT6 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

fármacos.

DT7 TIC y electrónica: transistores de grafeno, semiconductores.

DT8 Energía, renovables: nanomateriales como catalizadores para obtención

de combustibles líquidos.

Page 97: Síntesis documental prospectiva

97

DT9 Medio ambiente: nanopartículas catalizadoras como aditivo para el

combustible para eliminar contaminantes.

DT10 Energía: baterías, convertidores termoeléctricos o celdas solares para

dispositivos inalámbricos.

DT11 TIC y electrónica: metamateriales, materiales sintéticos que permiten la

manipulación de los campos electromagnéticos.

DT13 Energía, termoelectricidad: nanocables termoeléctricos de silicio para

conversión de calor en electricidad.

DT14 Energía, renovables: celdas solares plasmón mejoradas, con

nanopartículas metálicas.

DT15

TIC y electrónica: circuitos con mayor capacidad de procesamiento y de

almacenamiento de información y dispositivos de memoria

nanométricos.

DT16 TIC y electrónica: dispositivos de memoria nanométricos.

Documento

6 UK Strategy for Nanotechnology

Autor 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 TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de

conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS).

Documento

7 GENNESYS White Paper 2009

Autor European Commission - European Initiative on Nanoscience and

Nanotechnology

Page 98: Síntesis documental prospectiva

98

DT1 TIC y electrónica: dispositivos con mayores funcionalidades, mayor

flexibilidad y fiabilidad, y un mejor rendimiento.

DT2 TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de

memoria nanométricos, menor consumo de energía.

DT3 TIC y electrónica: comunicación y la computación cuántica, aplicaciones

en fotónica.

DT4 TIC y electrónica: semiconductores magnéticos.

DT5 TIC y electrónica: espintrónica.

DT6 Salud, terapéutica: nuevos sistemas de administración y liberación de

fármacos.

DT7 Agroalimentación alimentos: nuevas formulaciones de alimentos

adecuados para trastornos alérgicos o de nutrición.

DT8 Energía/renovables: nuevos materiales nanoestructurados.

DT9 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

8

Vision Paper and Basis for a Strategic Research Agenda for

NanoMedicine

Autor European Commission, High-Level Group European Technology

Platform on NanoMedicine (ETP)

DT1 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, micro-

laboratorios y dispositivos lab-on-chip.

DT2 Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin

etiquetas utilizando, por ejemplo, polímeros conductores o sensores.

DT3 Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de

moléculas como sensores inteligentes.

DT4 Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como

marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.

DT5

Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: imagen por resonancia

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

Page 99: Síntesis documental prospectiva

99

capacidad de penetrar en la célula.

DT7 Salud, terapéutica: terapia hipertérmica para tratamiento del cáncer.

DT8 Salud, terapéutica: dispositivos de transfección para usos terapéuticos

(dispositivos que pueden atravesar las barreras biológicas).

DT9 Salud, terapéutica: diagnóstico precoz, tratamiento y control de la

terapia (teranóstica).

DT10 Salud, diagnóstico médico in-vivo: dispositivos implantables como la

píldora ingerible de imagen y nuevos instrumentos endoscópicos.

DT11 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

fármacos.

DT12 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).

DT13 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que

sustentan el crecimiento del tejido.

DT14 Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre.

DT15 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y

multifuncionales.

DT16 Salud, medicina regenerativa: biomateriales sensores para la activación

de genes.

DT17 Salud, medicina regenerativa: pruebas de toxicidad in-vitro e in vivo de

las nanopartículas artificiales.

Documento

9 Roadmaps in Nanomedicine: Towards 2020

Autor European Commission, European Technology Platform on

NanoMedicine

DT1 Salud, diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como

marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.

DT2 Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin

etiquetas.

DT3 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, micro-

laboratorios y dispositivos lab-on-chip.

DT4 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

fármacos.

DT5 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y

Page 100: Síntesis documental prospectiva

100

multifuncionales.

DT6 Salud, medicina regenerativa: aplicaciones con células madre.

Documento

10 Nanotechnology Research Directions for Societal Needs in 2020

Autor M.C. Roco; C.A. Mirkin; M.C. Hersa

DT1 Medio ambiente, remediación: sistemas fotocatalíticos solares y

sistemas de separación de contaminantes residuales.

DT2 Medio ambiente, remediación: nanopartículas y nanofibras funcionales

en sistemas de bioremediación ambiental.

DT3 Medio ambiente: captura de carbono y nitrógeno mediante

nanoestructuras y su reutilización industrial.

DT4 Energía, renovables: nanopartículas y puntos cuánticos en dispositivos

fotovoltaicos.

DT5 Energía: mejoramiento de baterías de vehículos eléctricos.

DT6 Salud, diagnóstico médico in-vitro: detección ultra-sensible y sin

etiquetado.

DT7 Salud, diagnóstico médico in-vivo/imagen: uso de nanopartículas como

marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.

DT8 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 Nanoscience and Future Trends in Medical Technologies

Autor R. Moore, Institute of Nanotechnology, Stirling, United Kingdom

DT1 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores, biochips, micro-

laboratorios y dispositivos lab-on-chip.

DT2 Salud diagnóstico médico in-vivo: uso de nanopartículas como

marcadores o agentes de contraste en pruebas diagnósticas.

DT3 Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanocápsulas recubiertas con

polímeros, dendrímeros y nanoesferas de oro.

DT4 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

Page 101: Síntesis documental prospectiva

101

fármacos.

DT5 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como “andamios” que

sustentan el crecimiento del tejido.

Documento

12

Roadmaps at 2015 on Nanotechnology Application in the Sectors of:

Materials, Health & Medical Systems, Energy

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

DT1 Salud, terapéutica: nano sistemas de administración y liberación de

fármacos.

DT2 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).

DT3 Salud, terapéutica: diagnóstico precoz, tratamiento y control de la

terapia (teranóstica).

DT4 Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanopartículas como marcadores o

agentes de contraste en pruebas diagnósticas.

DT5 Salud, diagnóstico médico in-vivo, imagen: nanopartículas magnéticas o

paramagnéticas (gadolinio y óxidos de hierro superparamagnético).

DT6 Salud, diagnóstico médico in-vivo: nanocápsulas recubiertas con

polímeros, dendrímeros, y las microburbujas.

DT7 Salud, diagnóstico médico in-vivo: puntos cuánticos para obtener

imágenes eficientes y multicolores de muestras biológicas.

DT8 Salud, diagnóstico médico in-vitro: biosensores implantables, biochips,

micro-laboratorios y dispositivos lab-on-chip.

DT9 Salud, diagnóstico médico in-vitro: nanomateriales programables

basados en proteínas.

DT10 Salud, diagnóstico médico in-vitro: matrices genómicas.

DT11 Salud, diagnóstico médico in-vitro: películas delgadas, capas y

superficies con biopolímeros y nanopartículas.

DT12 Agroalimentación, seguridad alimentaria: nanobiosensores para control

de la calidad.

DT13

Energía, renovables: celdas solares más eficientes con superficies

nanoestructuradas con nanocapas delgadas, materiales nanocristalinos

y nanopartículas.

DT14 Energía, renovables: puntos cuánticos, pozos cuánticos, nanotubos de

carbono, nanocables y dendrímeros, en dispositivos fotovoltaicos.

Page 102: Síntesis documental prospectiva

102

DT15 Energía, termoelectricidad: películas delgadas, materiales

nanocristalinos, nanopartículas y las superredes.

DT16 Energía, almacenamiento: “súper-capacitores" que permiten el

almacenamiento de grandes cantidades de energía.

DT17 Energía, almacenamiento: fuentes de alimentación de dispositivos

portátiles.

DT18

Energía, almacenamiento: nanopartículas, materiales nanocristalinos,

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

nanocables.

Documento

13 Nanotechnology: The Future is Coming Sooner Than You Think

Autor Joint Economic Committee, United States Congress

DT1 Salud, medicina regenerativa: biomateriales como estructuras

“andamio” que sustentan el crecimiento del tejido.

DT2 Salud terapéutica: dispositivos de transfección para usos terapéuticos

(dispositivos que pueden atravesar las barreras biológicas).

DT3 Salud, terapéutica: terapias génicas (farmacogenética).

DT4 Salud, medicina regenerativa: bioimplantes, biomateriales inteligentes y

multifuncionales.

DT5 Salud, diagnóstico médico in-vitro: sensores biomiméticos, uso de

moléculas como sensores inteligentes.

DT6 TIC y electrónica: almacenamiento de información y dispositivos de

memoria nanométricos.

DT7 Energía, almacenamiento: uso de “súper-capacitores", que permiten el

almacenamiento de grandes cantidades de energía.

DT8 TIC y electrónica: circuitos integrados con mayor capacidad de

conmutación y de almacenamiento de información (post-CMOS).

Documento

14

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

Forward Look report”.

Autor European Science Foundation

DT 1 Nanomateriales y nanodispositivos, nuevos materiales para la detección

de analitos múltiples y complicados para la medición in vitro.

DT 2 Nanomateriales y nanodispositivos, nuevos materiales para aplicaciones

Page 103: Síntesis documental prospectiva

103

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.

DT 4

Nanomateriales y nanodispositivos, sistemas arquitectónicos variados

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.

DT 6

Nanoimaging and analytical tools, uso y perfeccionamiento de

nanotécnicas existentes en tejidos normales y patológicos para la

comprensión de la iniciación y progresión de la enfermedad.

DT 7

Nanoimaging and analytical tools, desarrollo de nanotécnicas nuevas

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

proyección de imágenes moleculares para estudiar procesos

patológicos en vivo.

DT 8

Nanoimaging and analytical tools, traducción de investigación basada en

imágenes moleculares a nanoescala utilizando las herramientas de

modelos animales para aplicaciones clínicas.

DT 9

Nanoimaging and analytical tools, cerrando la brecha entre las

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.

DT 11

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 pre-

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

Page 104: Síntesis documental prospectiva

104

multifuncionales con posibilidades de marketing o funcionalidades que

permiten el transporte a través de barreras biológicas.

DT 13

Novel therapeutics and drug delivery systems, scaffolds

nanoestructurados (ingeniería de tejidos), dispositivos sensibles a

estímulos y tratamientos físicos específicos.

DT 14

Novel therapeutics and drug delivery systems, nanoestructuras

inteligentes tales como biosensors acoplados a sistemas de entrega.

DT 15

Clinical applications and regulatory issues, enfoque orientado a la

enfermedad para el desarrollo de la nanomedicina en aplicaciones

clínicas específicas.

DT 16

Clinical applications and regulatory issues, enfoque caso por caso para

la evaluación clínica y regulatoria de la nanomedicina.

DT 17

Toxicology, una mejor comprensión de las implicaciones toxicológicas

de la nanomedicina en relación con las propiedades del material y el

uso previsto por el paciente susceptible y potencialmente predispuesto.

DT 18

Toxicology, consideración del impacto ambiental potencial, del proceso

de manufactura y aplicaciones clínicas de última instancia en

investigaciones toxicológicas para nanomedicina.

DT 19

Toxicology, evaluación beneficio-riesgo de los efectos agudos y a largo

plazo de la nanomedicina con especial consideración de la naturaleza

de la enfermedad.

DT 20

Toxicology, un cambio de la evaluación de riesgos para la gestión

proactiva del riesgo en la primera etapa de descubrimiento y desarrollo

de la nueva nanomedicina.

Documento

15 Technology Foresight on Danish Nanoscience and Nanotechnology

Autor Ministry of Science Technology an Innovation

DT 1

Nanomedicine and drug delivery, aplicación práctica de sistemas

inteligentes en los sistemas de administración de fármacos que

supervisan el estado de las células en el cuerpo e informan por ejemplo,

Page 105: Síntesis documental prospectiva

105

del surgimiento de un cáncer o pequeños coágulos de sangre.

DT 2

Nanomedicine and drug delivery, desarrollo de nanocápsulas de auto-

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.

DT 3

Nanomedicine and drug delivery, desarrollo y diseño de materiales

biocompatibles para la administración de fármacos, solución de

problemas de liberación lenta, paso de la barrera sangre-cerebro, etc.

DT 4

Biocompatible materials, nanomedicine and drug delivery, desarrollo de

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.

DT 5

Biocompatible materials, desarrollo de la nanobiotecnología para la

reparación de defectos de las neuronas por la aplicación de

nanoestructuras conductoras de electricidad.

DT 6

Biocompatible materials, aplicación práctica de superficies sintéticas

con propiedades biológicas para uso en implantes, prótesis y equipo

técnico-médico en caso de contacto prolongado con células o tejidos

humanos.

7

Biocompatible materials, aplicación práctica de las superficies

nanodiseñadas que promueven o inhiben la adhesión de, por ejemplo,

bacterias o algas (antifouling).

DT 8

Nanosensors and nanofluidics, la aplicación práctica de NEMS (sistemas

nano-electro-mecánicos) para la detección selectiva de moléculas

específicas o células, medición de generación de calor, la medición de

energías de enlace, etc.

DT 9

Nanosensors and nanofluidics, desarrollo de sistemas de sensores

distribuidos muy eficientes sobre de una combinación de chips CMOS y

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-a-

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

Page 106: Síntesis documental prospectiva

106

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.

DT 12

Plastic electronics, la aplicación práctica de la electrónica de polímeros

(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.

DT 13

Plastic electronics, aplicación práctica de los transistores de polímero

integrados en equipos de un solo uso para fines analíticos en la

atención primaria de salud.

DT 14 Plastic electronics, aplicación práctica de las pantallas de plástico

multicolores en vez de pantallas de cristal líquido.

DT 15 Plastic electronics, aplicación práctica de las etiquetas RFID basado en

polímeros FETs.

DT 16 Plastic electronics, la aplicación práctica de la tecnología de células

solares basadas en la electrónica de polímeros y la óptica de polímero.

DT 17

Nano-optics and nanophotonics, aplicación práctica de las fibras

microestructurados en su dirección longitudinal para su uso en láseres

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.

DT 18

Nano-optics and nanophotonics, aplicación práctica de compactos,

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.

DT 19

Nano-optics and nanophotonics, desarrollo de nuevos sensores o

interruptores ópticos basados en el llenado (con líquidos,

recubrimientos o cristales líquidos) de la estructura fina de las fibras de

cristal ópticos.

DT 20

Nano-optics and nanophotonics, revestimientos o cristales líquidos de la

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)

Page 107: Síntesis documental prospectiva

107

sobre la base de estructuras PBG con una función de elementos

ópticos de gran no linealidad.

DT 21

Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de

catalizadores a medida y otros nanomateriales funcionales de métodos

in situ, métodos teóricos, y similares.

DT 22

Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de

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.

DT 23

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

baratas pilas de combustible SOFCs y PEM con una larga vida útil en

condiciones reales.

DT 24

Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., desarrollo y mejora de

catalizadores basados en enzimas naturales, eficiente a bajas

temperaturas y presiones.

DT 25

Nanocatalysis, hydrogen technology, etc., aplicación práctica de

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.

DT 26

Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de

aleaciones o de materiales cerámicos que cristalizan con tamaño de

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.

DT 27

Nanomaterials with new functional properties, desarrollo de

nanocompuestos que son más fuertes, y tiene mejor estabilidad

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.

DT 28

Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de

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

Page 108: Síntesis documental prospectiva

108

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.

DT 30

Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de

copolímeros de bloques para el desarrollo de superficies de auto-

reparación (el propio material asegura que es el bloque funcional

correcta que está expuesta).

DT 31

Nanomaterials with new functional properties, aplicación práctica de

materiales nanoporosos como filtros en la industria de alimentos y

bebidas.

DT 32

Nanomaterials with new functional properties, desarrollo de materiales

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

Autor

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

the European Commission Expert Group on Key Technologies for

Europe.

DT 1 Healthcare, monitorización remota de la salud, diagnósticos no

invasivos.

DT 2

Healthcare, análisis rápido de las predisposiciones genéticas a la

enfermedad que llevan a terapias basadas en el genoma. Imagen

basada en nano y focalización de fármacos y entrega para la

identificación temprana y tratamiento mínimamente tóxico de la

enfermedad. Medicina regerativa.

DT 3 Drug, liberación de hormonas basado en las necesidades usando

tecnología derivada de la electrónica.

DT 4 Healthcare, amigable para el paciente, implantes inteligentes cocleares

y de retina.

DT 5 Healthcare, textiles médicos, con monitoreo de la salud, transmisión de

información y capacidades terapéuticas.

DT 6 Healthcare, vendas nanoestructuradas que fomentan el crecimiento

Page 109: Síntesis documental prospectiva

109

celular.

DT 7 Healthcare, reducción de la infección, a través de textiles, superficies y

apósitos anti-bacterianos.

DT 8

Healthcare, nano-tecnologías habilitadas para la calidad de vida de los

ancianos y enfermos (pantallas interactivas flexibles y ligeras /

'ayudantes' robot) activado verbalmente, por un mínimo movimiento o

pensamiento uniforme.

DT 9 Healthcare, diagnósticos y tratamientos asequibles para el VIH Sida, la

tuberculosis y la malaria.

DT 10 Food, menos desperdicio, embalajes feature-rich (capaz de detectar

pesticidas, deterioro, informar sobre procedencia, etc.)

DT 11 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

17

Systemic scenarios of nanotechnology: Sustainable governance of

emerging technologies

Autor Arnim Wiek, Lukas Gasser, Michael Siegrist

DT 1 Increase of agricultural efficiency, Nanoredes inalámbricas en campos

agrícolas, cápsula de plaguicidas.

DT 2

Enhancement of nutritional quality, nanoredes inalámbricas en los

campos, material de embalaje, nanoestructuras que detectan bacterias

y virus, aditivos de alimentos funcionales.

DT 3

Increase of efficiency of information technology hardware, dispositivos

controlados por eventos de electrones individuales, datos de

almacenamiento (MRAM, DRAM), pantallas, procesadores, bio-nano-

dispositivos, chips, memoria de estado sólido, circuitos fotónicos, rayos

láser.

DT 4

Improvement of the quality of medical, pharmaceutical and cosmetic

products, 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

Page 110: Síntesis documental prospectiva

110

visión, nanovacuoles para la entrega de genes, el descubrimiento y el

tratamiento del cáncer, ingeniería neuromórfica.

Documento

18 Nanofrontiers. Visions for the future of nanotechnology (2007)

Autor Karen F. Schmidt. Woodrow Wilson International Center for Scholars.

Project on Emerging Nanotechnologies

DT 1 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 Nanomedicina, nuevas nanoestructuras que imitan las biomoléculas

complejas.

DT 5 Nanomedicina, “lab-on-a-chip” device -usando nanotecnología- para

llevar a cabo un análisis completo de una gota de sangre.

DT 6

Nanomedicina, nuevos dispositivos nanopore están listos para hacer la

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

The Global Technology Revolution 2020, In-Depth Analyses

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

Implications

Autor 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 Diseños y sistemas de materiales Non-CMOS (nanotubos de carbono,

interruptores moleculares, etc.).

Documento

20

BfR Delphi Study on Nanotechnology Expert Survey of the Use of

Nanomaterials in Food and Consumer Products

Page 111: Síntesis documental prospectiva

111

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

21

Nanomaterial Roadmap 2015. Roadmap Report Concerning the Use of

Nanomaterials in the Medical & Health Sector

Autor

René de Groot (Syntens – Stiching Syntens, Innovation Network for

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 Drug delivery, nanomagnets like iron oxide (Fe2O3) and iron carbon

coated [Fe-C] nanoparticles.

DT 7 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 Drug delivery, polymethacrylic acid, polyethylene oxide (PMMA/PEO)

nanostructures.

DT 17 Drug delivery, polypyrrole (PPY) nanotubes.

Page 112: Síntesis documental prospectiva

112

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

nanocomposite.

DT 34 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.

Page 113: Síntesis documental prospectiva

113

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 Cirugía e implantes, poly [bis(trifluoroethoxy)phosphazene] (PTFP)

nanofibers.

DT 55 Cirugía e implantes, poly- ethylene glicol (PEG) nanostructures.

DT 56 Cirugía e implantes, polymer matrix filled with activated silver (AG-

AG3PO4 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.

Page 114: Síntesis documental prospectiva

114

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 Roadmap Report on Nanoparticles (2005)

Autor NRM (NanoRoadMap project). Project co-funded by the 6th Framework

Programme of the EC. Willems & van den Wildenberg (W&W)

DT 1 Potencia, energía, células solares sensibilizadas por colorante (por

ejemplo, utilizando TiO2).

DT 2 Potencia, energía, almacenamiento de hidrógeno (por ejemplo usando

metales híbridos).

DT 3 Potencia, energía, mejora de materiales ánodo y cátodo para pilas de

combustible de óxido sólido.

DT 4 Potencia, energía, fluidos de control térmico (por ejemplo usando Cu).

Page 115: Síntesis documental prospectiva

115

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 Potencia, energía, catalizadores para pilas de combustible (por ejemplo

platino en las células PEM).

DT 9 Potencia, energía, polímeros conductores para placas bipolares en

celdas de combustible.

DT 10 Potencia, energía, mejora de electrodos en baterías y

supercondensadores (aumento de la capacidad, carga más rápida).

DT 11 Potencia, energía, aumento de la eficiencia de la generación de

hidrógeno a partir de agua (por ejemplo, de energía solar).

DT 12

Potencia, energía, catalizadores de gas a tecnologías líquidas,

tecnologías de gasificación de carbón, biodiesel y otros combustibles

sintéticos, etc.

DT 13 Salud, administración de fármacos dirigido.

DT 14 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 Salud, agentes de contraste de MRI (por ejemplo, usando óxido de

hierro superparamagnético).

DT 23 Salud, nuevos compuestos dentales.

DT 24 Salud, agentes aglutinantes biológicos (por ejemplo, para niveles altos

de fosfato).

DT 25 Salud, antivirales, antibacterianos (por ejemplo Ag) cremas anti-esporas

no químicos y polvos (utilizando la energía de la tensión superficial en la

Page 116: Síntesis documental prospectiva

116

nanoescala para destruir las partículas biológicas).

DT 26 Medio ambiente, tratamiento de agua (tratamientos foto-catalíticos, por

ejemplo, utilizando TiO2).

DT 27 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 Medio ambiente, recubrimientos antiincrustantes (reducir el uso de

químicos).

DT33 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 Electrónica, mostrar tecnologías incluyendo dispositivos de emisión de

campo-(por ejemplo, utilizando óxidos conductores).

DT 37 Electrónica, ferro-líquidos (por ejemplo, utilizando materiales

magnéticos).

DT 38 Electrónica, dispositivos optoelectrónicos tales como interruptores (por

ejemplo, usando cerámica dopada con tierra rara).

DT 39 Electrónica, recubrimientos conductores y tejidos (por ejemplo, usando

cerámica dopada con tierra rara).

DT 40 Electrónica, planarización mecánico química- CMP (por ejemplo,

utilizando alúmina, sílice, óxido de cerio).

DT 41 Electrónica, los recubrimientos y materiales de unión para las fibras

ópticas (por ejemplo, basado en Si).

Documento

23 TECHNOLOGY ROADMAP FOR NANOELECTRONICS (2001)

Autor Ramón Compañó. European Commission. Directorate-General

Information Society

DT 1 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, transistores de electrones

individuales.

Page 117: Síntesis documental prospectiva

117

DT 2 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, yano memory.

DT 3 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivos nano-flash.

DT 4 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, Interband Tunelling Diode

(ITD).

DT 5 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, resonant tunnelling diode.

DT 6 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 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivo unión túnel

(Tunnel Junction Devices).

DT 10 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, dispositivos inyección spin

(spin injection devices).

DT 11 Nanoelectrónica, dispositivos emergentes, double electron waveguide

devices.

DT 12 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 Nanoelectrónica, nanofabricación, E-beam projection lithography and

scalpel.

DT 17 Nanoelectrónica, nanofabricación, proyección de haz de iones (ion

beam projection).

DT 18 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

Page 118: Síntesis documental prospectiva

118

en diseños de microprocesadores.

DT 25 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, procesamiento en paralelo

(parallel processing).

DT 26 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, computación basada en ADN

(DNA computing).

DT 27 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, redes neuronales artificiales

(artificial neural networks).

DT 28 Nanoelectrónica, circuitos y sistemas, procesamiento de información

cuántica -quantum information processing (QIP).

Page 119: Síntesis documental prospectiva

119

4. MATRIZ DE COINCIDENCIAS

Sector/Subsector Desarrollo tecnológico Documento

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

AGROALIMENTACIÓN

Agricultura

Fertilizantes inteligentes que

reaccionan a las condiciones

ambientales.

x x

Agricultura Nanosensores para monitoreo de

salud del suelo. x

Agricultura

Nanoredes inalámbricas en

campos agrícolas. Cápsula de

plaguicidas.

x

Agricultura Administración controlada de

herbicidas y pesticidas. x

Alimentos

Nuevas formulaciones de

alimentos y formulaciones con

vitaminas y precursores como

nanopartículas.

x x x

Alimentos Aditivos de alimentos

funcionales; vitaminas x x

Page 120: Síntesis documental prospectiva

120

encapsuladas; aumento sistema

inmunitario.

Alimentos Embalajes “featrure-rich”. x

Alimentos Membranas de nanotubos de

carbono. x

Alimentos Revestimientos. x

Alimentos Agentes: de goteo, espesantes,

antioxidantes. x

Alimentos Nanomotores biológicos. x

Alimentos Nanofibras de carbohidratos y

celulosa. x

Seguridad alimentaria

Nanobiosensores para control de

la calidad de alimentos; detección

de bacterias y virus.

x x x x x x x

Seguridad alimentaria Etiquetado inteligente

(trazabilidad). x

Seguridad alimentaria

Envases activos que conservan el

producto e informan sobre su

estado; antibacterianos.

x x x

ENERGÍA

Page 121: Síntesis documental prospectiva

121

Almacenamiento

“Súper-capacitores", que permiten

el almacenamiento de grandes

cantidades de energía.

x x x

Almacenamiento

Nanopartículas y nanotubos en

baterías y pilas de combustible;

mejora de materiales de pilas

(ánodo, cátodo, electrodos);

polímeros conductores para

placas bipolares.

x x x x

Almacenamiento Almacenamiento de hidrógeno x

Almacenamiento

Baterías, convertidores

termoeléctricos o celdas solares

para dispositivos inalámbricos.

x x x

Almacenamiento Fluidos de control térmico. x

Renovables

Nanomateriales sustitutos del

silicio, para aprovechar las

radiaciones infrarrojas y

ultravioletas para generar energía.

x

Renovables Puntos cuánticos, pozos

cuánticos, nanotubos de carbono, x

Page 122: Síntesis documental prospectiva

122

nanocables y dendrímeros, en

dispositivos fotovoltaicos.

Renovables

Celdas solares más eficientes con

superficies nanoestructuradas

con nanocapas o nanfilamentos;

céldas sensibilizadas por

colorante.

x x x x x x x x

Renovables

Aumento de eficiencia de la

generación de hidrógeno a partir

del agua.

x

Termoelectricidad

Nanocables termoeléctricos de

silicio para conversión de calor en

electricidad.

x

Termoelectricidad

Películas delgadas, materiales

nanocristalinos, nanopartículas y

superredes.

x

Transporte

Materiales nanoconductores

superestructurados y nanotubos

de alta conductividad.

x x x

Transporte Varistores miniaturizados. x

Page 123: Síntesis documental prospectiva

123

METALMECÁNICA

Vehículos de transporte

Gestión inteligente de motores y

reducción del consumo de

combustible y de emisiones;

catalizadores.

x x x

Vehículos de transporte

Sensores y actuadores que

mejoran la seguridad y los

automatismos en vehículos.

x

Vehículos de transporte

Nanomateriales compuestos para

neumáticos con mayor

adherencia y resistencia a la

abrasión.

x x

Vehículos de transporte

Aleaciones más ligeras y

resistentes para piezas, chasis y

carrocerías.

x

Vehículos de transporte

Materiales más ligeros y más

fuertes en vehículos de

transporte, polímeros con

refuerzo de nanopartículas,

nanotubos de carbono para las

x x

Page 124: Síntesis documental prospectiva

124

estructuras ultra-ligeras.

Aplicaciones industriales Vidrio autolimpiable. x

Aplicaciones industriales Recubrimientos: antireflejantes,

anti-incrustantes. x

Aplicaciones industriales Materiales nanoestructurados

multifuncionales. x

Aplicaciones industriales Textiles inteligentes; tejidos

conductores. x x x

Seguridad,antiterrorismo

Vigilancia nanoelectrónica para

identificación personal, biometría,

controles de acceso.

x x

MEDIO AMBIENTE

Medio ambiente Nanosensores en dispositivos de

control medioambiental. x x x

Medio ambiente

Nanomateriales cerámicos como

aditivos del combustible para

reducir los contaminantes del aire.

x x x

Medio ambiente

Catalizadores basados en

nanoestructuras para destruir

moléculas peligrosas y

x x x x

Page 125: Síntesis documental prospectiva

125

contaminantes.

Remediación

Dendrímeros poliméricos y

materiales nano-porosos para

separar y atrapar contaminantes.

Eliminación de contaminantes en:

agua potable, aguas residuales y

suelos.

x x x x

Remediación

Sistemas fotocataliticos solares y

sistemas de separación de

contaminantes residuales.

x

Remediación Tratamientos de agua

(fotocatalíticos). x

SALUD-NANOMEDICINA

Diagnóstico médico in-

vitro

Biosensores, biochips, micro-

laboratorios, dispositivos lab-on-

chip.

x x x x x x x x x x x x

Diagnóstico médico in-

vitro

Sensores biomiméticos, uso de

moléculas como sensores

inteligentes.

x x x x x x x

Diagnóstico médico in- Nanomateriales programables x

Page 126: Síntesis documental prospectiva

126

vitro basados en proteínas.

Diagnóstico médico in-

vivo

Secuenciación genómica de bajo

costo. x

Diagnóstico médico in-

vivo

Nanopartículas como marcadores

o agentes de contraste en

pruebas diagnósticas.

x x x x x x x x

Diagnóstico médico in-

vivo

Imagen por resonancia magnética

[MRI] y ultrasonido, uso de

nanopartículas magnéticas o

paramagnéticas.

x x x x x x

Diagnóstico médico in-

vivo

Dispositivos implantables y

nuevos instrumentos

endoscópicos, nano sondas

especificas con capacidad de

penetrar en la célula.

x x

Diagnóstico médico in-

vivo

Nanocápsulas recubiertas con

polímeros, dendrímeros y

nanoesferas de oro.

x x x

Diagnóstico médico in-

vivo

Puntos cuánticos para obtener

imágenes eficientes y

multicolores de muestras

x x x

Page 127: Síntesis documental prospectiva

127

biológicas.

Medicina regenerativa

Bioimplantes, biomateriales

inteligentes y multifuncionales;

bioimplantes cocleares y de

retina.

x x x x x x x x x x x x

Medicina regenerativa

Uso de biomateriales

biomiméticos y moléculas

bioactivas de señalización.

x

Medicina regenerativa

Biomateriales de tercera

generación con polímeros

reabsorbibles a nivel molecular.

x

Medicina regenerativa

Biomateriales como estructuras

“andamios” que sustentan el

crecimiento del tejido.

x x x x x x x x

Medicina regenerativa Aplicaciones con células madre. x x x x x

Medicina regenerativa Biomateriales sensores para la

activación de genes. x

Medicina regenerativa

Pruebas de toxicidad in-vitro e in

vivo de las .nanopartículas

artificiales.

x

Page 128: Síntesis documental prospectiva

128

Terapéutica Terapias génicas

(farmacogenética). x x x x x x x

Terapéutica Nano sistemas de administración

y liberación de fármacos. x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Terapéutica Terapia hipertérmica para

tratamiento del cáncer. x x

Terapéutica

Dispositivos de transfección para

usos terapéuticos (dispositivos

que pueden atravesar las barreras

biológicas).

x x

Terapéutica

Combinación de diagnóstico

precoz, tratamiento y control de la

terapia (teranóstica).

x x x x

Terapéutica Promotores de crecimiento óseo. x

Terapéutica Nuevos compuestos dentales. x

Cosmética

Materiales biológicos,

nanopartículas, nanocontenedores

de lípidos

x

ELECTRONICA - TIC

TIC y electrónica Ambientes inteligentes: redes x x

Page 129: Síntesis documental prospectiva

129

multifuncionales de equipos y

sistemas de comunicación.

TIC y electrónica

Transistores y mayor capacidad

de almacenamiento de

información

x x x

TIC y electrónica

Diodos orgánicos emisores de luz

(OLED) o pantallas de emisión de

campo basada en nanotubos de

carbono (CNT-FED).

x x x

TIC y electrónica

Circuitos integrados con mayor

capacidad de conmutación y de

almacenamiento de información

(post-CMOS); QCA.

x x x x x x x

TIC y electrónica Espintrónica. x x x x x

TIC y electrónica

Almacenamiento de información y

dispositivos de memoria

nanométricos, memorias masivas

miniaturizadas ultra integradas.

x x x x x x x

TIC y electrónica

Aplicaciones en optoelectrónica,

la fotónica y los sistemas

embebidos.

x x x x

Page 130: Síntesis documental prospectiva

130

TIC y electrónica

Memorias MRAM, como sustituto

de las memorias DRAM con no

volatilidad de datos y menor

consumo de energía.

x x x

TIC y electrónica

Memorias de datos basados

moléculas biológicas y puntos

cuánticos (“quantum dots”);

circuitos QCA.

x x x x x

TIC y electrónica Dispositivos de realidad virtual en

el lugar de trabajo o de ocio. x

TIC y electrónica

Metamateriales, materiales

sintéticos que permiten la

manipulación de los campos

electromagnéticos.

x x

Nanofabricación

Litrografía óptica; ultravioleta

extrema; de proximidad de rayos

X, E-beam proyection;

nanolitografía de haza de

electrones.

X

Nanofabricación Scanning probe methods. x

Page 131: Síntesis documental prospectiva

131

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:

Page 132: Síntesis documental prospectiva

132

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.

Page 133: Síntesis documental prospectiva

133

6. BIBLIOGRAFÍA

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Page 134: Síntesis documental prospectiva

134

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Page 136: Síntesis documental prospectiva

136

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PUBLICACIÓN PRODUCIDA POR LA DIRECCIÓN DE PROMOCIÓN Y CULTURA CIENTÍFICA

Edición Emiliano GriegoAlelí JaitDolores Yañez

Diseño gráficoYanina Di BelloFernando Sassali

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