Nanotecnología top-down y bottom-up: ¿Qué significa?

La nanotecnología es un área de la ciencia que trabaja a escala atómica y molecular con materiales conocidos para obtener otros con distintas propiedades. Y es que uno de los principios básicos de esta disciplina es que, en la escala nanométrica en la que se mueve, los materiales tienen otras características.

Aunque parte de la química, esta especialidad es multidisciplinar. Se nutre de la física, la informática, la biología, etc. Así, no os debe extrañar que, tras la reducción de tamaño de vuestros dispositivos móviles, encontréis algún nuevo nanomaterial que ha sustituido a otro.

Nanotecnología aplicada a la empresa

En la actualidad, hallamos aplicaciones en numerosos sectores. Os citamos algunos ejemplos de cómo está presente la nanotecnología en la empresa:

Electrónico: En un futuro cercano, se prevé que los nanotubos de carbono sustituyan al silicio en la fabricación de microchips. También permiten cubrir la demanda creciente de dispositivos más pequeños. Por otro lado, el grafeno facilita el desarrollo de pantallas flexibles.
Biomédico: Ayuda a lograr diagnósticos precoces y más veraces de patologías neurodegenerativas y algunos tipos de cáncer. Asimismo, contribuye al diseño de tratamientos más eficaces, ya que es capaz de distinguir las células sanas de las enfermas. Otra de sus aplicaciones es en la industria cosmética.
Energético: Se están investigando muchos semiconductores basados en nanomateriales. Uno llevado a cabo por investigadores japoneses permitirá la creación de paneles solares que duplicarían su rendimiento con respecto a los actuales. Igualmente, la nanotecnología disminuye costes, produce turbinas menos pesadas, pero más fuertes, y optimiza el rendimiento de los combustibles. Por otra parte, el empleo de ciertos nanomateriales en aislamientos térmicos posibilita el ahorro de energía.
Medioambiental: Por ejemplo, en el uso de iones para purificar el aire, en las nanoburbujas para depurar aguas residuales o en los sistemas de nanofiltrado para metales pesados. De la misma forma, se ha trabajado en nanocatalizadores que hacen que ciertas reacciones químicas contaminen menos.
Alimentario: Existen nanobiosensores que detectan la presencia microbiana en alimentos o nanocompuestos que mejoran su resistencia térmica y mecánica.
Textil: Seguro que habéis oído hablar de tejidos inteligentes que no se manchan ni se arrugan. Son más resistentes y ligeros.

Tipos de nanotecnología

Se clasifican atendiendo a dos criterios o factores.

Según la forma de proceder

Da lugar a los dos tipos de nanotecnología más conocidos:

Top-down o conminación: También llamado de arriba hacia abajo. Consiste en romper un material hasta conseguir partículas de nanoescala, esto es, por debajo de 100 nanómetros. Es la más habitual, aunque presenta el inconveniente de que su superficie suele generar imperfecciones. Sin embargo, eso no impide que sea la tipología común en electrónica.
Bottom-up: Es el proceso contrario al top-down. Se basa en la construcción de la estructura desde el principio átomo a átomo o molécula a molécula. Se utiliza sobre todo en nanomedicina.

Según las características del medio

Ocasionan otras dos tipologías:

Seca: Se emplea especialmente con materiales inorgánicos, como metales o carbón.
Húmeda: Es el tipo adecuado para trabajar con material biológico, como el genético o los tejidos, que necesitan un medio acuoso.

Nanotecnología Bottom-up

Los procedimientos que se utilizan son, en general, químico-físicos para ensamblar los átomos o moléculas en un conglomerado. Sus fuerzas electromagnéticas originan el autoensamblado. Eso hace que sea imprescindible controlar este proceso de síntesis y evitar el aglutinamiento espontáneo. Por esta razón, es más fácil llegar al tamaño de nanopartículas deseado, una mayor uniformidad y forma, y una menor cantidad de impurezas. Además, prácticamente no produce materiales de desecho ni no usados.

Existen dos métodos: uno en fase gaseosa y otro en fase líquida. El primero consiste en una deposición química a través de vapor (CVD) e implica reacciones químicas. Este minimiza la presencia de impurezas orgánicas y logra partículas menores de una micra. Pese a ello, tiene el inconveniente de requerir costosos equipos de vacío que no siempre se rentabilizan.

Por su parte, el segundo se trata de una deposición física a través también de vapor (PVD). Este método se basa en el enfriamiento súbito del material evaporado.

Actualidad en nanotecnología: el goldeno

En estos días, es probable que hayáis visto en los medios de comunicación hablar del goldeno. Es un nuevo nanomaterial sintetizado en la Universidad de Linköping en Suecia por casualidad. Crearon un soporte base de carburo de titanio y silicio, y lo recubrieron de oro.

Al someterlo a altas temperaturas, el oro sustituyó al silicio en el interior del material. Por medio del reactivo de Murakami, ha sido posible extraer esa capa de oro. Cuenta con diversas aplicaciones, como la catálisis de hidrógeno o la conversión del dióxido de carbono, entre otras.

La nanotecnología hace nuevos materiales, como el goldeno

Nanotecnología Top-down

Con el método más sencillo, se parte de una macropartícula que se somete a un proceso mecánico-químico de molienda. Dependiendo de su intensidad, así será el grado de conminución. El tipo de nanopartículas que se obtiene con la nanotecnología Top-down son de mayor tamaño que con la nanotecnología Bottom-up y se tiene un menor control. Asimismo, se generan más impurezas.

Por otro lado, la molienda que se consigue al descomponer un material sólido puede ser seca o húmeda. Una característica de la molienda seca es que al refinarse se aprecia un aumento de su energía superficial. En este caso, la trituración se efectúa por choque, compresión o fricción. Para llevarla a cabo, se emplean distintos tipos de molinos, como pueden ser el de chorro, de cizallamiento, de tambor o de bolas, entre otros.

Para el proceso húmedo, se usa un molino lleno de esferas muy pequeñas, acompañado de un eje agitador de alta velocidad. De esta manera, se produce un corte hidráulico mecánico que facilita el choque de las partículas. Así, los sólidos se rompen en un medio acuoso, que recibe el nombre de lodo y las partículas son llevadas a la cámara de trituración. Con este método, se logra una mayor dispersión y un menor riesgo a la aglomeración.

Así pues, la nanotecnología tiene numerosas aplicaciones en los sectores productivos. Para conseguir esas nanopartículas se emplean, principalmente, dos métodos: el Bottom-up y el Top-down, y se puede realizar en un medio húmedo o seco. En TicNegocios de la Cámara, intentamos que siempre estéis al día de todos los avances. ¡Consultad nuestra agenda de eventos!