Esta línea de tiempo presenta ejemplos premodernos de nanotecnología, así como descubrimientos e hitos de la era moderna en el campo de la nanotecnología.
Ejemplos premodernos de nanotecnologías
Los primeros ejemplos de materiales nanoestructurados se basaban en la comprensión y manipulación empírica de los materiales por parte de los artesanos. El uso de calor elevado era un paso común en sus procesos para producir estos materiales con propiedades novedosas.
La Copa de Licurgo en el Museo Británico, iluminada desde el exterior (izquierda) y desde el interior (derecha)
Siglo IV: La Copa de Licurgo (Roma) es un ejemplo de vidrio dicroico; el oro coloidal y la plata en el vidrio permiten que parezca verde opaco cuando se ilumina desde el exterior, pero rojo translúcido cuando la luz brilla a través del interior. (Imágenes de la izquierda.)
Tazón de loza policromada, siglo IX, Irak, Museo Británico (©Trinitat Pradell 2008)
Siglos IX-XVII: Los esmaltes cerámicos de «lustre», brillantes y resplandecientes, utilizados en el mundo islámico, y más tarde en Europa, contenían plata o cobre u otras nanopartículas metálicas. (Imagen de la derecha.)
El rosetón sur de la catedral de Notre Dame, hacia 1250
Siglos VI-XV: Las vibrantes vidrieras de las catedrales europeas debían sus ricos colores a las nanopartículas de cloruro de oro y otros óxidos y cloruros metálicos; las nanopartículas de oro también actuaban como purificadores fotocatalíticos del aire. (Imagen de la izquierda.)
Siglos XIII-XVIII: Las hojas de sable «Damasco» contenían nanotubos de carbono y nanoalambres de cementita, una fórmula de acero de altísimo carbono que les daba fuerza, resistencia, capacidad de mantener un filo afilado y un patrón de muaré visible en el acero que da nombre a las hojas. (Imágenes abajo.)
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| (Izquierda) Un sable de Damasco (foto de Tina Fineberg para The New York Times). (Derecha) Imagen de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución de nanotubos de carbono en un auténtico sable de Damasco tras su disolución en ácido clorhídrico, que muestra restos de nanocables de cementita encapsulados por nanotubos de carbono (barra de escala, 5 nm) (M. Reibold, P. Paufler, A. A. Levin, W. Kochmann, N. Pätzke & D. C. Meyer, Nature 444, 286, 2006). | |
Ejemplos de descubrimientos y desarrollos que permiten la nanotecnología en la era moderna
Se basan en conocimientos e instrumentos científicos cada vez más sofisticados, así como en la experimentación.
Coloide de oro «Rubí» (Gold Bulletin 2007 40,4, p. 267)
1857: Michael Faraday descubrió el oro coloidal «rubí», demostrando que el oro nanoestructurado, bajo ciertas condiciones de iluminación, produce soluciones de diferentes colores.
1936: Erwin Müller, que trabajaba en el laboratorio de investigación Siemens, inventó el microscopio de emisión de campo, que permitía obtener imágenes de resolución casi atómica de los materiales.
1947: John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain, en los Laboratorios Bell, descubren el transistor semiconductor y amplían enormemente los conocimientos científicos sobre las interfaces de los semiconductores, sentando las bases de los dispositivos electrónicos y de la era de la información.
1947 transistor, Laboratorios Bell
1950: Victor La Mer y Robert Dinegar desarrollaron la teoría y un proceso para cultivar materiales coloidales monodispersos. La capacidad controlada de fabricar coloides permite innumerables usos industriales, como papeles especializados, pinturas y películas finas, e incluso tratamientos de diálisis.
1951: Erwin Müller es pionero en el uso del microscopio de iones de campo, un medio para obtener imágenes de la disposición de los átomos en la superficie de una punta metálica afilada; primero obtuvo imágenes de los átomos de tungsteno.
1956: Arthur von Hippel, del MIT, introdujo muchos conceptos -y acuñó el término- de la «ingeniería molecular» aplicada a los dieléctricos, los ferroeléctricos y los piezoeléctricos.
Jack Kilby, hacia 1960.
1958: Jack Kilby, de Texas Instruments, originó el concepto, diseñó y construyó el primer circuito integrado, por el que recibió el Premio Nobel en 2000. (Imagen de la izquierda.)
Richard Feynman (archivos de Caltech)
1959: Richard Feynman, del Instituto Tecnológico de California, dio la que se considera la primera conferencia sobre tecnología e ingeniería a escala atómica, «There’s Plenty of Room at the Bottom», en una reunión de la Sociedad Americana de Física en Caltech. (Imagen de la derecha.)
Primer gráfico público de Moore en el que muestra su visión de la industria de los semiconductores para poder «meter más componentes en los circuitos integrados»
1965: El cofundador de Intel, Gordon Moore, describió en la revista Electronics varias tendencias que preveía en el campo de la electrónica. Una de las tendencias, ahora conocida como «Ley de Moore», describía que la densidad de transistores en un chip integrado (IC) se duplicaba cada 12 meses (posteriormente se modificó a cada 2 años). Moore también preveía que el tamaño y el coste de los chips se reducirían al mismo tiempo que su funcionalidad, lo que tendría un efecto transformador en la forma de vivir y trabajar de las personas. El hecho de que la tendencia básica prevista por Moore haya continuado durante 50 años se debe en gran medida a la creciente dependencia de la industria de los semiconductores de la nanotecnología, ya que los circuitos integrados y los transistores se han acercado a las dimensiones atómicas.1974: El profesor de la Universidad de Ciencias de Tokio Norio Taniguchi acuñó el término nanotecnología para describir el mecanizado de precisión de materiales con tolerancias dimensionales a escala atómica. (Véase el gráfico de la izquierda.)
1981: Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, del laboratorio de IBM en Zúrich, inventan el microscopio de barrido en túnel, que permite a los científicos «ver» (crear imágenes espaciales directas) átomos individuales por primera vez. Binnig y Rohrer ganaron el Premio Nobel por este descubrimiento en 1986.
1981: El ruso Alexei Ekimov descubre puntos cuánticos semiconductores nanocristalinos en una matriz de vidrio y realiza estudios pioneros sobre sus propiedades electrónicas y ópticas.
1985: Los investigadores de la Universidad de Rice Harold Kroto, Sean O’Brien, Robert Curl y Richard Smalley descubrieron el Buckminsterfullereno (C60), más conocido como buckyball, que es una molécula que se asemeja a un balón de fútbol por su forma y que está compuesta íntegramente de carbono, como el grafito y el diamante. El equipo recibió el Premio Nobel de Química de 1996 por su papel en este descubrimiento y en el de la clase de moléculas de fullereno en general. (Representación artística a la derecha.)
1985: Louis Brus, de los Laboratorios Bell, descubrió los nanocristales semiconductores coloidales (puntos cuánticos), por lo que compartió el Premio Kavli de Nanotecnología 2008.
1986: Gerd Binnig, Calvin Quate y Christoph Gerber inventan el microscopio de fuerza atómica, que tiene la capacidad de ver, medir y manipular materiales hasta fracciones de un nanómetro de tamaño, incluyendo la medición de varias fuerzas intrínsecas a los nanomateriales.
1989: Don Eigler y Erhard Schweizer, del Centro de Investigación Almaden de IBM, manipularon 35 átomos individuales de xenón para deletrear el logotipo de IBM. Esta demostración de la capacidad de manipular átomos con precisión marcó el inicio del uso aplicado de la nanotecnología. (Imagen de la izquierda.)
Década de 1990: Comienzan a funcionar las primeras empresas de nanotecnología, por ejemplo, Nanophase Technologies en 1989, Helix Energy Solutions Group en 1990, Zyvex en 1997, Nano-Tex en 1998….
1991: Se atribuye a Sumio Iijima, de NEC, el descubrimiento del nanotubo de carbono (CNT), aunque también hubo observaciones tempranas de estructuras tubulares de carbono por parte de otros. Iijima compartió el Premio Kavli de Nanociencia en 2008 por este avance y otros progresos en el campo. Los CNT, al igual que las buckyballs, están compuestos en su totalidad por carbono, pero con forma tubular. Presentan propiedades extraordinarias en cuanto a resistencia y conductividad eléctrica y térmica, entre otras. (Imagen inferior.)
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| Nanotubos de carbono (cortesía, National Science Foundation). Las propiedades de los CNT se están explorando para aplicaciones en electrónica, fotónica, tejidos multifuncionales, biología (por ejemplo, como andamio para cultivar células óseas) y comunicaciones. Véase un artículo de la revista Discovery de 2009 para ver otros ejemplos | Micrografía SEM de un «papel» de nanotubos purificado en el que los nanotubos son las fibras (barra de escala, 0,001 mm) (cortesía, NASA). | Una matriz de nanotubos de carbono alineados, que puede actuar como una antena de radio para detectar la luz en longitudes de onda visibles (barra de escala 0,001 mm) (por cortesía de K. Kempa, Boston College). |
1992: C.T. Kresge y sus colegas de Mobil Oil descubrieron los materiales catalíticos nanoestructurados MCM-41 y MCM-48, ahora muy utilizados en el refinado de petróleo crudo, así como en el suministro de medicamentos, el tratamiento del agua y otras aplicaciones variadas.
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| MCM-41 es un nanomaterial de sílice de «tamiz molecular mesoporoso» con una disposición hexagonal o de «nido de abeja» de sus poros cilíndricos rectos, como se muestra en esta imagen de TEM (cortesía de Thomas Pauly, Michigan State University). | Esta imagen de TEM de MCM-41 muestra los poros cilíndricos rectos perpendiculares al eje de visión (cortesía de Thomas Pauly, Universidad Estatal de Michigan). |
1993: Moungi Bawendi, del MIT, inventó un método para la síntesis controlada de nanocristales (puntos cuánticos), allanando el camino para aplicaciones que van desde la informática a la biología, pasando por la fotovoltaica y la iluminación de alta eficiencia. En los años siguientes, los trabajos de otros investigadores como Louis Brus y Chris Murray también aportaron métodos para sintetizar puntos cuánticos.
1998: Se creó el Grupo de Trabajo Interinstitucional sobre Nanotecnología (IWGN), dependiente del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, para investigar el estado de la ciencia y la tecnología a nanoescala y prever posibles desarrollos futuros. El estudio e informe del IWGN, Nanotechnology Research Directions: Vision for the Next Decade (1999) definieron la visión y condujeron directamente a la formación de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología de Estados Unidos en 2000.
1999: Los investigadores de la Universidad de Cornell Wilson Ho y Hyojune Lee exploran los secretos de los enlaces químicos ensamblando una molécula a partir de sus componentes con un microscopio de barrido de túneles. (Imagen de la izquierda.)
1999: Chad Mirkin, de la Universidad Northwestern, inventa la nanolitografía por inmersión (DPN®), que permite «escribir» circuitos electrónicos de forma reproducible y fabricable, así como modelar biomateriales para la investigación de la biología celular, la nanocifrado y otras aplicaciones. (Imagen de abajo a la derecha.)
Uso de DPN para depositar biomateriales ©2010 Nanoink
1999-principios de la década de 2000: Los productos de consumo que hacen uso de la nanotecnología comenzaron a aparecer en el mercado, incluyendo parachoques de automóviles ligeros con nanotecnología que resisten abolladuras y arañazos, pelotas de golf que vuelan más rectas, raquetas de tenis que son más rígidas (por lo tanto, la pelota rebota más rápido), bates de béisbol con mejor flexibilidad y «patada»,»calcetines antibacterianos de nanoplata, protectores solares transparentes, ropa resistente a las arrugas y las manchas, cosméticos terapéuticos de alta penetración, revestimientos de vidrio resistentes a los arañazos, baterías de recarga rápida para herramientas eléctricas sin cable y pantallas mejoradas para televisores, teléfonos móviles y cámaras digitales.
2000: El presidente Clinton lanzó la Iniciativa Nacional de Nanotecnología (NNI) para coordinar los esfuerzos federales de I+D y promover la competitividad de Estados Unidos en nanotecnología. El Congreso financió la NNI por primera vez en el año fiscal 2001. El Subcomité NSET del NSTC fue designado como grupo interinstitucional responsable de coordinar la NNI.
2003: El Congreso promulgó la Ley de Investigación y Desarrollo en Nanotecnología del Siglo XXI (P.L. 108-153). La ley proporcionó una base legal para la NNI, estableció programas, asignó responsabilidades a las agencias, autorizó niveles de financiación y promovió la investigación para abordar cuestiones clave.
Simulación por ordenador del crecimiento de una nanoestructura de oro con núcleo de sílice y sobrecapa de oro (cortesía de N. Halas, Genome News Network, 2003)
2003: Naomi Halas, Jennifer West, Rebekah Drezek y Renata Pasqualin, de la Universidad de Rice, desarrollaron nanoesferas de oro que, cuando se «ajustan» en tamaño para absorber la luz del infrarrojo cercano, sirven de plataforma para el descubrimiento, el diagnóstico y el tratamiento integrados del cáncer de mama sin necesidad de realizar biopsias invasivas, cirugía o radiación o quimioterapia sistémicamente destructivas.2004: La Comisión Europea adoptó la Comunicación «Hacia una estrategia europea en materia de nanotecnología», COM(2004) 338, en la que se proponía institucionalizar los esfuerzos europeos en materia de I+D en nanociencia y nanotecnología en el marco de una estrategia integrada y responsable, y que impulsaba los planes de acción europeos y la financiación actual de la I+D en nanotecnología. (Imagen de la izquierda.)
2004: La Royal Society británica y la Real Academia de Ingeniería publicaron Nanociencia y Nanotecnologías: Opportunities and Uncertainties (Oportunidades e incertidumbres), en la que se defiende la necesidad de abordar los posibles problemas sanitarios, medioambientales, sociales, éticos y normativos asociados a la nanotecnología.
2004: SUNY Albany puso en marcha el primer programa educativo de nivel universitario en nanotecnología de Estados Unidos, el College of Nanoscale Science and Engineering.
2005: Erik Winfree y Paul Rothemund, del Instituto Tecnológico de California, desarrollaron teorías sobre la computación basada en el ADN y el «autoensamblaje algorítmico», en el que los cálculos se integran en el proceso de crecimiento de los nanocristales.
Nanocar con ruedas de buckyball giratorias (crédito: RSC, 29 de marzo de 2006).
2006: James Tour y sus colegas de la Universidad de Rice construyeron un coche a nanoescala hecho de oligo(fenileno-etinileno) con ejes de alquino y cuatro ruedas esféricas de fullereno C60 (buckyball). En respuesta a los aumentos de temperatura, el nanocoche se desplazó sobre una superficie de oro como resultado del giro de las ruedas de buckyball, como en un coche convencional. A temperaturas superiores a los 300 °C, se movía demasiado rápido para que los químicos pudieran seguirlo. (Imagen de la izquierda.)
2007: Angela Belcher y sus colegas del MIT construyeron una batería de iones de litio con un tipo común de virus que no es dañino para los humanos, utilizando un proceso de bajo coste y ambientalmente benigno. Las baterías tienen la misma capacidad energética y rendimiento energético que las baterías recargables de última generación que se están considerando para alimentar coches híbridos enchufables, y también podrían utilizarse para alimentar dispositivos electrónicos personales. (Imagen de la derecha.)
(De izquierda a derecha) Los profesores del MIT Yet-Ming Chiang, Angela Belcher y Paula Hammond muestran una película cargada de virus que puede servir como ánodo de una batería. (Foto: Donna Coveney, MIT News.)
2008: Se publicó la primera estrategia oficial del NNI para la investigación en materia de medio ambiente, salud y seguridad (EHS) relacionada con las nanotecnologías, basada en un proceso de dos años de investigaciones patrocinadas por el NNI y diálogos públicos. Este documento de estrategia se actualizó en 2011, tras una serie de talleres y revisiones públicas.
2009-2010: Nadrian Seeman y sus colegas de la Universidad de Nueva York crearon varios dispositivos robóticos de ensamblaje a nanoescala similares al ADN. Uno de ellos es un proceso para crear estructuras de ADN en 3D utilizando secuencias sintéticas de cristales de ADN que pueden programarse para autoensamblarse mediante «extremos pegajosos» y colocarse en un orden y orientación determinados. La nanoelectrónica podría beneficiarse: la flexibilidad y la densidad que permiten los componentes a nanoescala en 3D podrían permitir el ensamblaje de piezas más pequeñas, más complejas y más espaciadas. Otra creación de Seeman (con colegas de la Universidad china de Nanjing) es una «línea de montaje de ADN». Por este trabajo, Seeman compartió el Premio Kavli de Nanociencia en 2010.
2010: IBM utilizó una punta de silicio que mide sólo unos pocos nanómetros en su vértice (similar a las puntas utilizadas en los microscopios de fuerza atómica) para cincelar el material de un sustrato y crear un mapa completo en relieve en 3D a nanoescala del mundo de una milésima parte del tamaño de un grano de sal en 2 minutos y 23 segundos. Esta actividad demostró una potente metodología de creación de patrones y estructuras a nanoescala de hasta 15 nanómetros con un coste y una complejidad muy reducidos, lo que abre nuevas perspectivas para campos como la electrónica, la optoelectrónica y la medicina. (Imagen inferior.)
Imagen renderizada de una punta de silicio a nanoescala cincelando el más pequeño mapa en relieve del mundo a partir de un sustrato de vidrio molecular orgánico. En primer plano, el Mar Mediterráneo y Europa. (Imagen por cortesía de Advanced Materials.)
2011: El Subcomité NSET actualizó tanto el Plan Estratégico del NNI como la Estrategia de Investigación Medioambiental, Sanitaria y de Seguridad del NNI, aprovechando las amplias aportaciones de los talleres públicos y el diálogo en línea con las partes interesadas del Gobierno, el mundo académico, las ONG y el público, entre otros.
2012: La NNI puso en marcha otras dos Iniciativas de Firma de Nanotecnología (NSI) -Nanosensores y la Infraestructura de Conocimiento de Nanotecnología (NKI)-, elevando el total a cinco NSI.
2013:
-La NNI inicia la siguiente ronda de Planificación Estratégica, empezando por el Taller de Partes Interesadas.
Investigadores de Stanford desarrollan el primer ordenador de nanotubos de carbono.
2014:
-El NNI publica la actualización del Plan Estratégico de 2014.
-El NNI publica la revisión de los progresos de 2014 en la implementación coordinada de la Estrategia de Investigación Medioambiental, Sanitaria y de Seguridad del NNI de 2011.