Nanomateriales

Parte de una serie de artículos sobre
Nanomateriales
Nanotubos de carbono
Síntesis Química Propiedades mecánicas Propiedades ópticas Aplicaciones Cronología
Fullerenos
Buckminsterfullereno Fullereno C70 Química Impacto en la salud Alótropos del carbono
Otras nanopartículas
Puntos cuánticos de carbono Puntos cuánticos de nanotubos de carbono Puntos cuánticos de silicio Puntos cuánticos sin cadmio Puntos cuánticos Óxido de aluminio Celulosa Cerámico Óxido de cobalto Cobre Oro Hierro Óxido de hierro Hierro-platino Lípido Platino Plata Dióxido de titanio
Materiales nanoestructurados
Nanocompuesto Nanoespuma Materiales nanoporosos Material nanocristalino
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Los nanomateriales describen, en principio, sustancias químicas o materiales cuya unidad única tiene un tamaño (en al menos una dimensión) comprendido entre 1 y 100 nm (la definición habitual de nanoescala ^[1] ).

La investigación en nanomateriales adopta un enfoque basado en la ciencia de los materiales para la nanotecnología , aprovechando los avances en metrología y síntesis de materiales que se han desarrollado en apoyo de la investigación en microfabricación . Los materiales con estructura a escala nanométrica suelen tener propiedades ópticas, electrónicas, termofísicas o mecánicas únicas. ^{[2] [3] [4]}

Los nanomateriales se están comercializando lentamente ^[5] y están empezando a surgir como productos básicos. ^[6]

En la norma ISO/TS 80004 , un nanomaterial se define como "un material con cualquier dimensión externa en la nanoescala o que tiene una estructura interna o una estructura superficial en la nanoescala", y la nanoescala se define como el "rango de longitud de aproximadamente 1 nm a 100 nm". Esto incluye tanto los nanoobjetos , que son piezas discretas de material, como los materiales nanoestructurados , que tienen una estructura interna o superficial en la nanoescala; un nanomaterial puede ser miembro de ambas categorías. ^[7]

El 18 de octubre de 2011, la Comisión Europea adoptó la siguiente definición de nanomaterial: ^[8]

Material natural, incidental o manufacturado que contiene partículas, en estado no ligado o como agregado o aglomerado, y en el caso del 50 % o más de las partículas en la distribución de tamaño numérico, una o más dimensiones externas se encuentran en el rango de tamaño de 1 nm a 100 nm. En casos específicos y cuando lo justifiquen preocupaciones por el medio ambiente, la salud, la seguridad o la competitividad, el umbral de distribución de tamaño numérico del 50 % puede sustituirse por un umbral entre el 1 % y el 50 %.

Los nanomateriales diseñados han sido diseñados y fabricados deliberadamente por humanos para tener ciertas propiedades requeridas. ^{[4] [9]}

Los nanomateriales heredados son aquellos que estaban en producción comercial antes del desarrollo de la nanotecnología como avances incrementales con respecto a otros materiales coloidales o particulados. ^{[10] [11] [12]} Incluyen nanopartículas de negro de carbono y dióxido de titanio . ^[13]

Los nanomateriales pueden producirse de forma no intencionada como subproducto de procesos mecánicos o industriales a través de la combustión y la vaporización. Las fuentes de nanopartículas incidentales incluyen los escapes de los motores de los vehículos, la fundición, los humos de soldadura y los procesos de combustión de la calefacción y la cocina con combustibles sólidos domésticos. Por ejemplo, la clase de nanomateriales llamados fulerenos se genera mediante la quema de gas, biomasa y velas. ^[14] También pueden ser un subproducto de productos de desgaste y corrosión. ^[15] Las nanopartículas atmosféricas incidentales a menudo se denominan partículas ultrafinas , que se producen de forma no intencionada durante una operación intencionada y podrían contribuir a la contaminación del aire . ^{[16] [17]}

Los sistemas biológicos a menudo presentan nanomateriales naturales y funcionales. La estructura de los foraminíferos (principalmente tiza) y los virus (proteína, cápside ), los cristales de cera que cubren una hoja de loto o capuchina , la seda de araña y ácaro, ^[18] el tono azul de las tarántulas, ^[19] las "espátulas" en la parte inferior de las patas de los gecos , algunas escamas de las alas de las mariposas , coloides naturales ( leche , sangre ), materiales córneos ( piel , garras , picos , plumas , cuernos , pelo ), papel , algodón , nácar , corales e incluso nuestra propia matriz ósea son todos nanomateriales orgánicos naturales .

Los nanomateriales inorgánicos naturales se producen mediante el crecimiento de cristales en las diversas condiciones químicas de la corteza terrestre . Por ejemplo, las arcillas muestran nanoestructuras complejas debido a la anisotropía de su estructura cristalina subyacente, y la actividad volcánica puede dar lugar a ópalos , que son un ejemplo de cristales fotónicos naturales debido a su estructura a nanoescala. Los incendios representan reacciones particularmente complejas y pueden producir pigmentos , cemento , sílice pirogénica , etc.

Las fuentes naturales de nanopartículas incluyen los productos de combustión de los incendios forestales, las cenizas volcánicas, el rocío del océano y la desintegración radiactiva del gas radón . Los nanomateriales naturales también pueden formarse mediante procesos de meteorización de rocas que contienen metales o aniones, así como en sitios de drenaje ácido de minas . ^[16]

Galería de nanomateriales naturales

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  Cápside viral
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  Efecto loto , efecto hidrofóbico con capacidad de autolimpieza.
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  Primer plano de la parte inferior de la pata de un gecko mientras camina sobre una pared de vidrio (espátula: 200 × 10–15 nm)
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  Micrografía SEM de la escama del ala de una mariposa (× 5000)
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  Pluma de pavo real (detalle)
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  Ópalo cristalino brasileño. El juego de colores se produce por la interferencia y difracción de la luz entre esferas de sílice (de 150 a 300 nm de diámetro).
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  Tono azul de una especie de tarántula (450 nm ± 20 nm)

Los nanomateriales suelen clasificarse según cuántas de sus dimensiones se encuentran en la nanoescala. Una nanopartícula se define como un nanoobjeto con las tres dimensiones externas en la nanoescala, cuyos ejes más largo y más corto no difieren significativamente. Una nanofibra tiene dos dimensiones externas en la nanoescala, siendo los nanotubos nanofibras huecas y las nanobarras nanofibras sólidas. Una nanoplaca/nanolámina tiene una dimensión externa en la nanoescala ^[20] y si las dos dimensiones más grandes son significativamente diferentes se denomina nanocinta . En el caso de las nanofibras y nanoplacas, las otras dimensiones pueden estar o no en la nanoescala, pero deben ser significativamente mayores. En todos estos casos, se observa que una diferencia significativa suele ser al menos un factor de 3. ^[21]

Los materiales nanoestructurados suelen clasificarse según las fases de materia que contienen. Un nanocompuesto es un sólido que contiene al menos una región o conjunto de regiones física o químicamente distintas, que tiene al menos una dimensión en la nanoescala. Una nanoespuma tiene una matriz líquida o sólida, llena de una fase gaseosa, donde una de las dos fases tiene dimensiones en la nanoescala. Un material nanoporoso es un material sólido que contiene nanoporos , huecos en forma de poros abiertos o cerrados de escalas de longitud submicrónicas. Un material nanocristalino tiene una fracción significativa de granos de cristal en la nanoescala. ^[22]

El término materiales nanoporosos contiene subconjuntos de materiales microporosos y mesoporosos. Los materiales microporosos son materiales porosos con un tamaño de poro medio menor a 2 nm, mientras que los materiales mesoporosos son aquellos con tamaños de poro en la región de 2 a 50 nm. ^[23] Los materiales microporosos exhiben tamaños de poro con una escala de longitud comparable a las moléculas pequeñas. Por esta razón, dichos materiales pueden servir para aplicaciones valiosas, incluidas las membranas de separación. Los materiales mesoporosos son interesantes para aplicaciones que requieren áreas de superficie específicas altas, al tiempo que permiten la penetración de moléculas que pueden ser demasiado grandes para ingresar a los poros de un material microporoso. En algunas fuentes, los materiales nanoporosos y la nanoespuma a veces se consideran nanoestructuras pero no nanomateriales porque solo los huecos y no los materiales en sí son nanoescalares. ^[24] Aunque la definición ISO solo considera nanoobjetos redondos como nanopartículas , otras fuentes usan el término nanopartícula para todas las formas. ^[25]

Las nanopartículas tienen las tres dimensiones de la nanoescala. Las nanopartículas también pueden estar incrustadas en un sólido a granel para formar un nanocompuesto. ^[24]

Los fulerenos son una clase de alótropos del carbono que, conceptualmente, son láminas de grafeno enrolladas en tubos o esferas. Entre ellos se encuentran los nanotubos de carbono (o nanotubos de silicio ), que resultan interesantes tanto por su resistencia mecánica como por sus propiedades eléctricas. ^[26]

La primera molécula de fulereno descubierta, y homónima de la familia, el buckminsterfullereno (C ₆₀ ), fue preparada en 1985 por Richard Smalley , Robert Curl , James Heath , Sean O'Brien y Harold Kroto en la Universidad Rice . El nombre era un homenaje a Buckminster Fuller , a cuyas cúpulas geodésicas se asemeja. Desde entonces se ha descubierto que los fulerenos se encuentran en la naturaleza. ^[27] Más recientemente, se han detectado fulerenos en el espacio exterior. ^[28]

Durante la última década, las propiedades químicas y físicas de los fulerenos han sido un tema candente en el campo de la investigación y el desarrollo, y es probable que sigan siéndolo durante mucho tiempo. En abril de 2003, los fulerenos estaban siendo estudiados para un posible uso medicinal : unir antibióticos específicos a la estructura de bacterias resistentes e incluso atacar ciertos tipos de células cancerosas como el melanoma . El número de octubre de 2005 de Chemistry and Biology contiene un artículo que describe el uso de los fulerenos como agentes antimicrobianos activados por luz . En el campo de la nanotecnología , la resistencia al calor y la superconductividad se encuentran entre las propiedades que atraen una intensa investigación.

Un método común utilizado para producir fulerenos es enviar una corriente grande entre dos electrodos de grafito cercanos en una atmósfera inerte. El arco de plasma de carbono resultante entre los electrodos se enfría y forma un residuo de hollín del que se pueden aislar muchos fulerenos.

Se han realizado muchos cálculos utilizando métodos cuánticos ab-initio aplicados a los fulerenos. Mediante los métodos DFT y TDDFT se pueden obtener espectros IR , Raman y UV . Los resultados de dichos cálculos se pueden comparar con resultados experimentales.

Los nanomateriales inorgánicos (por ejemplo, puntos cuánticos , ^[29] nanocables y nanobarras ), debido a sus interesantes propiedades ópticas y eléctricas, podrían usarse en optoelectrónica . ^[30] Además, las propiedades ópticas y electrónicas de los nanomateriales que dependen de su tamaño y forma se pueden ajustar mediante técnicas sintéticas. Existen posibilidades de usar esos materiales en dispositivos optoelectrónicos basados ​​en materiales orgánicos, como células solares orgánicas , OLED , etc. Los principios operativos de tales dispositivos están regidos por procesos fotoinducidos como la transferencia de electrones y la transferencia de energía. El rendimiento de los dispositivos depende de la eficiencia del proceso fotoinducido responsable de su funcionamiento. Por lo tanto, es necesario comprender mejor esos procesos fotoinducidos en sistemas compuestos de nanomateriales orgánicos/inorgánicos para poder usarlos en dispositivos optoelectrónicos.

Las nanopartículas o nanocristales hechos de metales, semiconductores u óxidos son de particular interés por sus propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas, ópticas, químicas y otras. ^{[31] [32]} Las nanopartículas se han utilizado como puntos cuánticos y como catalizadores químicos, como catalizadores basados ​​en nanomateriales . Recientemente, se han investigado ampliamente una variedad de nanopartículas para aplicaciones biomédicas , que incluyen ingeniería de tejidos , administración de fármacos y biosensores . ^{[33] [34]}

Las nanopartículas revisten un gran interés científico, ya que son un puente entre los materiales a granel y las estructuras atómicas o moleculares . Un material a granel debería tener propiedades físicas constantes independientemente de su tamaño, pero a escala nanométrica esto no suele ser así. Se observan propiedades dependientes del tamaño, como el confinamiento cuántico en partículas semiconductoras , la resonancia plasmónica superficial en algunas partículas metálicas y el superparamagnetismo en materiales magnéticos .

Las nanopartículas presentan una serie de propiedades especiales en relación con el material a granel. Por ejemplo, la flexión del cobre a granel (alambre, cinta, etc.) ocurre con el movimiento de átomos/grupos de cobre a una escala de aproximadamente 50 nm. Las nanopartículas de cobre más pequeñas de 50 nm se consideran materiales superduros que no presentan la misma maleabilidad y ductilidad que el cobre a granel. El cambio de propiedades no siempre es deseable. Los materiales ferroeléctricos más pequeños de 10 nm pueden cambiar su dirección de polarización utilizando energía térmica a temperatura ambiente, lo que los hace inútiles para el almacenamiento de memoria. Las suspensiones de nanopartículas son posibles porque la interacción de la superficie de la partícula con el solvente es lo suficientemente fuerte como para superar las diferencias de densidad , que generalmente dan como resultado que un material se hunda o flote en un líquido. Las nanopartículas a menudo tienen propiedades visuales inesperadas porque son lo suficientemente pequeñas como para confinar sus electrones y producir efectos cuánticos. Por ejemplo, las nanopartículas de oro aparecen de color rojo oscuro a negro en solución.

La relación superficie/volumen de las nanopartículas, que suele ser muy elevada, proporciona una fuerza impulsora enorme para la difusión , especialmente a temperaturas elevadas. La sinterización es posible a temperaturas más bajas y durante períodos más cortos que para partículas más grandes. En teoría, esto no afecta la densidad del producto final, aunque las dificultades de flujo y la tendencia de las nanopartículas a aglomerarse complican las cosas. Los efectos superficiales de las nanopartículas también reducen la temperatura de fusión incipiente .

Los cables cristalinos más pequeños posibles con una sección transversal tan pequeña como un solo átomo se pueden diseñar en confinamiento cilíndrico. ^{[35] [36] [37]} Los nanotubos de carbono , una nanoestructura semi-1D natural, se pueden utilizar como plantilla para la síntesis. El confinamiento proporciona estabilización mecánica y evita que las cadenas atómicas lineales se desintegren; se predice que otras estructuras de nanocables 1D serán mecánicamente estables incluso después del aislamiento de las plantillas. ^{[36] [37]}

Los materiales 2D son materiales cristalinos que consisten en una sola capa bidimensional de átomos. El grafeno , el representante más importante, se descubrió en 2004. Las películas delgadas con espesores a escala nanométrica se consideran nanoestructuras, pero a veces no se consideran nanomateriales porque no existen por separado del sustrato. ^{[24] [38]}

Algunos materiales a granel contienen características a escala nanométrica, incluidos nanocompuestos , materiales nanocristalinos , películas nanoestructuradas y superficies nanotexturizadas . ^[24]

La nanoestructura de grafeno en forma de caja (BSG) es un ejemplo de nanomaterial 3D. ^[39] La nanoestructura BSG ha aparecido después de la escisión mecánica del grafito pirolítico . Esta nanoestructura es un sistema multicapa de nanocanales huecos paralelos ubicados a lo largo de la superficie y que tienen una sección transversal cuadrangular. El espesor de las paredes del canal es aproximadamente igual a 1 nm. El ancho típico de las facetas del canal es de aproximadamente 25 nm.

Los nanomateriales se utilizan en una variedad de procesos de fabricación, productos y atención médica, incluidas pinturas , filtros , aislamientos y aditivos lubricantes . En el ámbito de la atención médica, las nanoenzimas son nanomateriales con características similares a las enzimas. ^[40] Son un tipo emergente de enzima artificial , que se ha utilizado para amplias aplicaciones en biodetección, bioimagen, diagnóstico de tumores, ^[41] antiincrustaciones y más. Se pueden producir filtros de alta calidad utilizando nanoestructuras, estos filtros son capaces de eliminar partículas tan pequeñas como un virus, como se ve en un filtro de agua creado por Seldon Technologies. El biorreactor de membrana de nanomateriales (NMs-MBR), la próxima generación de MBR convencional , se propuso recientemente para el tratamiento avanzado de aguas residuales. ^[42] En el campo de la purificación del aire, la nanotecnología se utilizó para combatir la propagación del MERS en los hospitales de Arabia Saudita en 2012. ^[43] Los nanomateriales se están utilizando en tecnologías de aislamiento modernas y seguras para los humanos; en el pasado se encontraron en aislamientos a base de amianto . ^{[44] [ ¿ fuente poco confiable? ]} Como aditivo lubricante, los nanomateriales tienen la capacidad de reducir la fricción en las piezas móviles. Las piezas desgastadas y corroídas también se pueden reparar con nanopartículas anisotrópicas autoensamblables llamadas TriboTEX. ^[43] Los nanomateriales también se han aplicado en una variedad de industrias y productos de consumo. Las nanopartículas minerales como el óxido de titanio se han utilizado para mejorar la protección UV en los protectores solares . En la industria del deporte, se han producido bates más ligeros con nanotubos de carbono para mejorar el rendimiento. Otra aplicación es en el ejército, donde se han utilizado nanopartículas de pigmentos móviles para crear un camuflaje más eficaz. Los nanomateriales también se pueden utilizar en aplicaciones de catalizador de tres vías (TWC). Los convertidores TWC tienen la ventaja de controlar la emisión de óxidos de nitrógeno (NO _x ), que son precursores de la lluvia ácida y el smog. ^[45] En la estructura núcleo-capa, los nanomateriales forman una capa como soporte del catalizador para proteger los metales nobles como el paladio y el rodio. ^[46] La función principal es que los soportes se pueden utilizar para transportar componentes activos de los catalizadores, haciéndolos altamente dispersos, reduciendo el uso de metales nobles, mejorando la actividad de los catalizadores y potencialmente mejorando la estabilidad. ^[47]

El objetivo de cualquier método sintético para nanomateriales es producir un material que presente propiedades que sean resultado de su escala de longitud característica, que se encuentra en el rango nanométrico (1 – 100 nm). En consecuencia, el método sintético debe mostrar un control del tamaño en este rango para que se pueda lograr una u otra propiedad. A menudo, los métodos se dividen en dos tipos principales: "de abajo hacia arriba" y "de arriba hacia abajo".

Los métodos ascendentes implican el ensamblaje de átomos o moléculas en matrices nanoestructuradas. En estos métodos, las fuentes de materia prima pueden estar en forma de gases, líquidos o sólidos. Estos últimos requieren algún tipo de desmontaje antes de su incorporación a una nanoestructura. Los métodos ascendentes generalmente se dividen en dos categorías: caóticos y controlados.

Los procesos caóticos implican elevar los átomos o moléculas constituyentes a un estado caótico y luego cambiar repentinamente las condiciones para hacer que ese estado sea inestable. A través de la manipulación inteligente de cualquier número de parámetros, los productos se forman en gran medida como resultado de la cinética aseguradora. El colapso del estado caótico puede ser difícil o imposible de controlar y, por lo tanto, las estadísticas de conjunto a menudo gobiernan la distribución de tamaño resultante y el tamaño promedio. En consecuencia, la formación de nanopartículas se controla a través de la manipulación del estado final de los productos. Ejemplos de procesos caóticos son la ablación láser, ^[48] el alambre explosivo, el arco, la pirólisis de llama, la combustión ^[49] y las técnicas de síntesis por precipitación.

Los procesos controlados implican la entrega controlada de los átomos o moléculas constituyentes al sitio o sitios de formación de nanopartículas de manera que la nanopartícula pueda crecer hasta un tamaño prescrito de manera controlada. Generalmente, el estado de los átomos o moléculas constituyentes nunca está lejos del necesario para la formación de nanopartículas. En consecuencia, la formación de nanopartículas se controla mediante el control del estado de los reactivos. Algunos ejemplos de procesos controlados son la solución de crecimiento autolimitante, la deposición química en fase de vapor autolimitada , las técnicas de láser de femtosegundos con pulsos conformados, los enfoques microbianos y vegetales ^[50] y la epitaxia de haz molecular .

Los métodos de arriba hacia abajo emplean cierta "fuerza" (por ejemplo, fuerza mecánica, láser) para romper los materiales a granel en nanopartículas. Un método popular que implica la ruptura mecánica de materiales a granel en nanomateriales es el "molino de bolas". Además de eso, las nanopartículas también se pueden hacer mediante ablación láser, que aplica láseres de pulso corto (por ejemplo, láser de femtosegundo) para extirpar un objetivo (sólido). ^[48]

Pueden producirse nuevos efectos en los materiales cuando se forman estructuras con tamaños comparables a cualquiera de las muchas escalas de longitud posibles , como la longitud de onda de De Broglie de los electrones o las longitudes de onda ópticas de los fotones de alta energía. En estos casos, los efectos mecánicos cuánticos pueden dominar las propiedades de los materiales. Un ejemplo es el confinamiento cuántico , en el que las propiedades electrónicas de los sólidos se alteran con grandes reducciones en el tamaño de las partículas. Las propiedades ópticas de las nanopartículas, por ejemplo, la fluorescencia , también se convierten en una función del diámetro de las partículas. Este efecto no entra en juego al pasar de dimensiones macroscópicas a micrométricas, sino que se vuelve pronunciado cuando se alcanza la escala nanométrica.

Además de las propiedades ópticas y electrónicas, las nuevas propiedades mecánicas de muchos nanomateriales son objeto de investigación en nanomecánica . Cuando se añaden a un material a granel, las nanopartículas pueden influir fuertemente en las propiedades mecánicas del material, como la rigidez o la elasticidad. Por ejemplo, los polímeros tradicionales pueden reforzarse con nanopartículas (como los nanotubos de carbono ), lo que da como resultado nuevos materiales que pueden usarse como reemplazos livianos de los metales. Dichos materiales compuestos pueden permitir una reducción de peso acompañada de un aumento en la estabilidad y una funcionalidad mejorada. ^[51]

Por último, los materiales nanoestructurados con partículas de pequeño tamaño, como las zeolitas y el amianto , se utilizan como catalizadores en una amplia gama de reacciones químicas industriales críticas. El desarrollo ulterior de dichos catalizadores puede constituir la base de procesos químicos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

Las primeras observaciones y mediciones de tamaño de nanopartículas se realizaron durante la primera década del siglo XX. Zsigmondy realizó estudios detallados de soles de oro y otros nanomateriales con tamaños de hasta 10 nm y menos. Publicó un libro en 1914. ^[52] Utilizó un ultramicroscopio que emplea un método de campo oscuro para ver partículas con tamaños mucho menores que la longitud de onda de la luz .

Existen técnicas tradicionales desarrolladas durante el siglo XX en la ciencia de interfases y coloides para caracterizar nanomateriales. Estas se utilizan ampliamente para los nanomateriales pasivos de primera generación que se especifican en la siguiente sección.

Estos métodos incluyen varias técnicas diferentes para caracterizar la distribución del tamaño de las partículas . Esta caracterización es imperativa porque muchos materiales que se espera que sean de tamaño nanométrico en realidad están agregados en soluciones. Algunos de los métodos se basan en la dispersión de la luz . Otros aplican ultrasonidos , como la espectroscopia de atenuación de ultrasonidos para probar nanodispersiones concentradas y microemulsiones. ^[53]

También existe un grupo de técnicas tradicionales para caracterizar la carga superficial o potencial zeta de las nanopartículas en soluciones. Esta información es necesaria para la adecuada estabilización del sistema, evitando su agregación o floculación . Estos métodos incluyen la microelectroforesis , la dispersión de luz electroforética y la electroacústica . Este último, por ejemplo el método de corriente de vibración coloidal es adecuado para caracterizar sistemas concentrados.

Las investigaciones en curso han demostrado que las propiedades mecánicas pueden variar significativamente en los nanomateriales en comparación con el material a granel. Los nanomateriales tienen propiedades mecánicas sustanciales debido al volumen, la superficie y los efectos cuánticos de las nanopartículas. Esto se observa cuando las nanopartículas se agregan a un material a granel común, el nanomaterial refina el grano y forma estructuras intergranulares e intragranulares que mejoran los límites de grano y, por lo tanto, las propiedades mecánicas de los materiales. ^{[ cita requerida ]} Los refinamientos de los límites de grano brindan fortalecimiento al aumentar la tensión necesaria para causar fracturas intergranulares o transgranulares. Un ejemplo común donde esto se puede observar es la adición de nano sílice al cemento, que mejora la resistencia a la tracción, la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión mediante los mecanismos que se acaban de mencionar. La comprensión de estas propiedades mejorará el uso de nanopartículas en aplicaciones novedosas en varios campos, como la ingeniería de superficies, la tribología, la nanofabricación y la nanofabricación.

Técnicas utilizadas:

En 1943, Steinitz utilizó la técnica de microindentación para probar la dureza de las micropartículas, y ahora se ha empleado la nanoindentación para medir las propiedades elásticas de las partículas a un nivel de aproximadamente 5 micrones. ^[54] Estos protocolos se utilizan con frecuencia para calcular las características mecánicas de las nanopartículas mediante técnicas de microscopía de fuerza atómica (AFM). Para medir el módulo elástico, los datos de indentación se obtienen mediante curvas de fuerza-desplazamiento de AFM que se convierten en curvas de fuerza-indentación. La ley de Hooke se utiliza para determinar la deformación del voladizo y la profundidad de la punta y, en conclusión, la ecuación de presión se puede escribir como: ^[55]

P=k (ẟc - ẟc0) ^[56]

ẟc : deformación en voladizo

ẟc0 : compensación de deflexión

El AFM permite obtener una imagen de alta resolución de múltiples tipos de superficies, mientras que la punta del cantilever puede utilizarse para obtener información sobre propiedades mecánicas. Las simulaciones por ordenador también se están utilizando progresivamente para probar teorías y complementar estudios experimentales. El método informático más utilizado es la simulación de dinámica molecular, ^[57] que utiliza las ecuaciones de movimiento de Newton para los átomos o moléculas del sistema. Otras técnicas, como el método de sonda directa, se utilizan para determinar las propiedades adhesivas de los nanomateriales. Tanto la técnica como la simulación se combinan con técnicas de microscopio electrónico de transmisión (TEM) y AFM para proporcionar resultados.

Propiedades mecánicas de las clases más comunes de nanomateriales:

Nanomateriales metálicos cristalinos : Las dislocaciones son uno de los principales contribuyentes a las propiedades elásticas dentro de los nanomateriales similares a los materiales cristalinos a granel. A pesar de la visión tradicional de que no hay dislocaciones en los nanomateriales. Ramos, ^[58] el trabajo experimental ha demostrado que la dureza de las nanopartículas de oro es mucho mayor que sus contrapartes a granel, ya que hay fallas de apilamiento y dislocaciones que se forman que activan múltiples mecanismos de fortalecimiento en el material. A través de estos experimentos, más investigaciones han demostrado que a través de técnicas de nanoindentación, ^[59] la resistencia del material; tensión de compresión, aumenta bajo compresión con la disminución del tamaño de partícula, debido a las dislocaciones nucleantes. Estas dislocaciones se han observado utilizando técnicas TEM, junto con nanoindentación. La resistencia y dureza de las nanopartículas de silicio son cuatro veces más que el valor del material a granel. ^[56] La resistencia a la presión aplicada se puede atribuir a los defectos de línea dentro de las partículas, así como a una dislocación que proporciona fortalecimiento de las propiedades mecánicas del nanomaterial. Además, la adición de nanopartículas fortalece una matriz porque la fijación de partículas inhibe el crecimiento del grano. Esto refina el grano y, por lo tanto, mejora las propiedades mecánicas. ^[54] Sin embargo, no todas las adiciones de nanomateriales conducen a un aumento de las propiedades, por ejemplo, nano-Cu. Pero esto se atribuye a las propiedades inherentes del material que son más débiles que la matriz.

Nanopartículas y nanomateriales no metálicos:  el comportamiento dependiente del tamaño de las propiedades mecánicas aún no está claro en el caso de los nanomateriales poliméricos; sin embargo, en una investigación de Lahouij se encontró que los módulos de compresión de las nanopartículas de poliestireno eran menores que los de sus contrapartes a granel. Esto puede estar asociado con la hidratación de los grupos funcionales. ^[60] Además, los nanomateriales no metálicos pueden provocar la formación de aglomerados dentro de la matriz a la que se añaden y, por lo tanto, disminuir las propiedades mecánicas al provocar fracturas incluso bajo cargas mecánicas bajas, como la adición de nanotubos de carbono. Los aglomerados actuarán como planos de deslizamiento, así como planos en los que las grietas pueden propagarse fácilmente (9). Sin embargo, la mayoría de los nanomateriales orgánicos son flexibles y estas y las propiedades mecánicas como la dureza, etc., no son dominantes. ^[60]

Nanocables y nanotubos : los módulos elásticos de algunos nanocables, como el plomo y la plata, disminuyen con el aumento del diámetro. Esto se ha asociado con la tensión superficial, la capa de oxidación y la rugosidad de la superficie. ^[61] Sin embargo, el comportamiento elástico de los nanocables de ZnO no se ve afectado por los efectos de la superficie, pero sí sus propiedades de fractura. Por lo tanto, generalmente depende del comportamiento del material y también de su unión. ^[62]

La razón por la que las propiedades mecánicas de los nanomateriales siguen siendo un tema de investigación candente es que medir las propiedades mecánicas de nanopartículas individuales es un método complicado que involucra múltiples factores de control. No obstante, la microscopía de fuerza atómica se ha utilizado ampliamente para medir las propiedades mecánicas de los nanomateriales.

Adhesión y fricción de nanopartículas

Cuando se habla de la aplicación de un material, la adhesión y la fricción juegan un papel crítico en la determinación del resultado de la aplicación. Por lo tanto, es fundamental ver cómo estas propiedades también se ven afectadas por el tamaño de un material. Nuevamente, AFM es una técnica más utilizada para medir estas propiedades y determinar la fuerza adhesiva de las nanopartículas a cualquier superficie sólida, junto con la técnica de sonda coloidal y otras propiedades químicas. ^[63] Además, las fuerzas que juegan un papel en proporcionar estas propiedades adhesivas a los nanomateriales son las fuerzas electrostáticas, VdW, fuerzas capilares, fuerzas de solvatación, fuerza estructural, etc. Se ha encontrado que la adición de nanomateriales en materiales a granel aumenta sustancialmente sus capacidades adhesivas al aumentar su fuerza a través de varios mecanismos de unión. ^[64] La dimensión de los nanomateriales se acerca a cero, lo que significa que la fracción de la superficie de la partícula con respecto a los átomos en general aumenta.

Junto con los efectos de superficie, el movimiento de las nanopartículas también juega un papel en la determinación de sus propiedades mecánicas, como las capacidades de cizallamiento. El movimiento de las partículas se puede observar bajo TEM. Por ejemplo, el comportamiento del movimiento del contacto dinámico de las nanopartículas de MoS2 ^[65] se observó directamente in situ, lo que llevó a la conclusión de que los fulerenos pueden cizallarse mediante rodadura o deslizamiento. Sin embargo, observar estas propiedades es nuevamente un proceso muy complicado debido a múltiples factores contribuyentes.

Aplicaciones específicas de las propiedades mecánicas: ^[66]

• Lubricación
• Nanofabricación
• Recubrimientos

El procesamiento químico y la síntesis de componentes tecnológicos de alto rendimiento para los sectores privado, industrial y militar requiere el uso de cerámicas , polímeros , vitrocerámicas y materiales compuestos de alta pureza . En cuerpos condensados ​​formados a partir de polvos finos, los tamaños y formas irregulares de las nanopartículas en un polvo típico a menudo conducen a morfologías de empaquetamiento no uniformes que resultan en variaciones de densidad de empaquetamiento en el compacto de polvo.

La aglomeración incontrolada de polvos debido a las fuerzas atractivas de van der Waals también puede dar lugar a inhomogeneidades microestructurales. Las tensiones diferenciales que se desarrollan como resultado de una contracción por secado no uniforme están directamente relacionadas con la velocidad a la que se puede eliminar el disolvente y, por lo tanto, dependen en gran medida de la distribución de la porosidad . Dichas tensiones se han asociado con una transición de plástico a frágil en cuerpos consolidados y pueden dar lugar a la propagación de grietas en el cuerpo no cocido si no se alivian. ^{[67] [68] [69]}

Además, las fluctuaciones en la densidad de empaquetamiento del material compacto a medida que se prepara para el horno suelen amplificarse durante el proceso de sinterización , lo que produce una densificación no homogénea. Se ha demostrado que algunos poros y otros defectos estructurales asociados con las variaciones de densidad desempeñan un papel perjudicial en el proceso de sinterización al aumentar y, por lo tanto, limitar las densidades finales. También se ha demostrado que las tensiones diferenciales que surgen de la densificación no homogénea dan lugar a la propagación de grietas internas, que se convierten así en defectos que controlan la resistencia. ^{[70] [71]}

Por lo tanto, parecería deseable procesar un material de tal manera que sea físicamente uniforme con respecto a la distribución de componentes y porosidad, en lugar de utilizar distribuciones de tamaño de partícula que maximizarán la densidad verde. La contención de un conjunto uniformemente disperso de partículas que interactúan fuertemente en suspensión requiere un control total sobre las interacciones entre partículas. Una serie de dispersantes, como el citrato de amonio (acuoso) y la imidazolina o el alcohol oleílico (no acuoso), son soluciones prometedoras como posibles aditivos para mejorar la dispersión y la desaglomeración. Las nanopartículas monodispersas y los coloides brindan este potencial. ^[72]

Por ejemplo, los polvos monodispersos de sílice coloidal pueden estabilizarse lo suficiente para garantizar un alto grado de orden en el cristal coloidal o el sólido coloidal policristalino que resulta de la agregación. El grado de orden parece estar limitado por el tiempo y el espacio permitidos para establecer correlaciones de mayor alcance. Estas estructuras coloidales policristalinas defectuosas parecen ser los elementos básicos de la ciencia de los materiales coloidales submicrométricos y, por lo tanto, proporcionan el primer paso para desarrollar una comprensión más rigurosa de los mecanismos involucrados en la evolución microestructural en materiales y componentes de alto rendimiento. ^{[73] [74]}

El análisis cuantitativo de nanomateriales mostró que las nanopartículas, nanotubos, materiales nanocristalinos, nanocompuestos y grafeno se han mencionado en 400.000, 181.000, 144.000, 140.000 y 119.000 artículos indexados por el ISI, respectivamente, hasta septiembre de 2018. En lo que respecta a las patentes, las nanopartículas, los nanotubos, los nanocompuestos, el grafeno y los nanocables han desempeñado un papel en 45.600, 32.100, 12.700, 12.500 y 11.800 patentes, respectivamente. El seguimiento de aproximadamente 7.000 productos comerciales basados ​​en nanotecnología disponibles en los mercados mundiales reveló que las propiedades de alrededor de 2.330 productos se han habilitado o mejorado con la ayuda de nanopartículas. Los liposomas, las nanofibras, los nanocoloides y los aerogeles también fueron algunos de los nanomateriales más comunes en los productos de consumo. ^[75]

El Observatorio de la Unión Europea de Nanomateriales (EUON) ha elaborado una base de datos (NanoData) que proporciona información sobre patentes, productos y publicaciones de investigación específicos sobre nanomateriales.

This section needs to be updated. The reason given is: [1] Quote: “... nanotechnology products classified (2019–2023) according with industrial areas: electronics, medicine, construction, cosmetics,etc...”. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (March 2024)

La Organización Mundial de la Salud (OMS) publicó a finales de 2017 una directriz sobre la protección de los trabajadores frente a los posibles riesgos de los nanomateriales manufacturados. ^[76] La OMS utilizó un enfoque de precaución como uno de sus principios rectores. Esto significa que la exposición debe reducirse, a pesar de la incertidumbre sobre los efectos adversos para la salud, cuando existan indicaciones razonables para hacerlo. Esto se pone de relieve en estudios científicos recientes que demuestran la capacidad de las nanopartículas para atravesar las barreras celulares e interactuar con las estructuras celulares. ^{[77] [78]} Además, la jerarquía de los controles fue un principio rector importante. Esto significa que, cuando hay que elegir entre medidas de control, siempre se deben preferir aquellas medidas que estén más cerca de la raíz del problema a las medidas que suponen una mayor carga para los trabajadores, como el uso de equipos de protección personal (EPP). La OMS encargó revisiones sistemáticas de todas las cuestiones importantes para evaluar el estado actual de la ciencia y fundamentar las recomendaciones de acuerdo con el proceso establecido en el Manual de la OMS para la elaboración de directrices. Las recomendaciones se calificaron como “fuertes” o “condicionales” dependiendo de la calidad de la evidencia científica, los valores y preferencias y los costos relacionados con la recomendación.

Las directrices de la OMS contienen las siguientes recomendaciones para la manipulación segura de nanomateriales manufacturados (MNMs)

A. Evaluar los riesgos para la salud de los MNM

1. La OMS recomienda asignar clases de peligro a todos los nanomateriales de acuerdo con el Sistema Globalmente Armonizado (SGA) de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos para su uso en las fichas de datos de seguridad. En el caso de un número limitado de nanomateriales, esta información está disponible en las directrices (recomendación firme, evidencia de calidad moderada).
2. La OMS recomienda actualizar las fichas de datos de seguridad con información sobre los peligros específicos de los MNM o indicar qué puntos finales toxicológicos no tuvieron pruebas adecuadas disponibles (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
3. Para los grupos de fibras respirables y partículas biopersistentes granulares, el GDG sugiere utilizar la clasificación disponible de MNM para la clasificación provisional de los nanomateriales del mismo grupo (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).

B. Evaluar la exposición a los MNM

1. La OMS sugiere evaluar la exposición de los trabajadores en los lugares de trabajo con métodos similares a los utilizados para el valor límite de exposición ocupacional específico (LEO) propuesto para el MNM (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
2. Dado que no existen valores de exposición ocupacional específicos para los nanomateriales en los lugares de trabajo, la OMS sugiere evaluar si la exposición en el lugar de trabajo supera un valor de exposición ocupacional propuesto para los nanomateriales. En un anexo de las directrices se incluye una lista de valores de exposición ocupacional propuestos. El valor de exposición ocupacional elegido debe ser al menos tan protector como el valor de exposición ocupacional legalmente obligatorio para la forma a granel del material (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
3. Si no se dispone de OEL específicos para MNMs en los lugares de trabajo, la OMS sugiere un enfoque gradual para la exposición por inhalación con, primero, una evaluación del potencial de exposición; segundo, realizando una evaluación básica de la exposición y, tercero, realizando una evaluación integral de la exposición como las propuestas por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) o el Comité Europeo de Normalización (CEN) (recomendación condicional, evidencia de calidad moderada).
4. Para la evaluación de la exposición dérmica, la OMS concluyó que no había pruebas suficientes para recomendar un método de evaluación de la exposición dérmica sobre otro.

C. Controlar la exposición a los MNM

1. Basándose en un enfoque de precaución, la OMS recomienda centrar el control de la exposición en la prevención de la exposición por inhalación con el objetivo de reducirla tanto como sea posible (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
2. La OMS recomienda reducir la exposición a una serie de nanomateriales que se han medido sistemáticamente en los lugares de trabajo, especialmente durante la limpieza y el mantenimiento, la recogida de material de los recipientes de reacción y la introducción de nanomateriales en el proceso de producción. En ausencia de información toxicológica, la OMS recomienda aplicar el nivel más alto de controles para evitar cualquier exposición de los trabajadores. Cuando se disponga de más información, la OMS recomienda adoptar un enfoque más personalizado (recomendación firme, evidencia de calidad moderada).
3. La OMS recomienda adoptar medidas de control basadas en el principio de jerarquía de controles, es decir, que la primera medida de control debe ser eliminar la fuente de exposición antes de aplicar medidas de control que dependan más de la participación de los trabajadores, y que los EPP se utilicen solo como último recurso. Según este principio, los controles técnicos deben utilizarse cuando haya un alto nivel de exposición por inhalación o cuando no se disponga de información toxicológica o de muy poca. En ausencia de controles técnicos adecuados, se deben utilizar EPP, especialmente protección respiratoria, como parte de un programa de protección respiratoria que incluya pruebas de ajuste (recomendación firme, evidencia de calidad moderada).
4. La OMS sugiere prevenir la exposición cutánea mediante medidas de higiene ocupacional como la limpieza de superficies y el uso de guantes apropiados (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
5. Cuando no se dispone de una evaluación y medición por parte de un experto en seguridad en el lugar de trabajo, la OMS sugiere utilizar bandas de control para nanomateriales a fin de seleccionar medidas de control de la exposición en el lugar de trabajo. Debido a la falta de estudios, la OMS no puede recomendar un método de bandas de control en lugar de otro (recomendación condicional, evidencia de muy baja calidad).

En lo que respecta a la vigilancia de la salud, la OMS no pudo recomendar programas de vigilancia de la salud específicos de los MNM en lugar de los programas de vigilancia de la salud existentes que ya se utilizan debido a la falta de evidencia. La OMS considera que la capacitación de los trabajadores y su participación en cuestiones de salud y seguridad son las mejores prácticas, pero no pudo recomendar una forma de capacitación de los trabajadores en lugar de otra, o una forma de participación de los trabajadores en lugar de otra, debido a la falta de estudios disponibles. Se espera que haya un progreso considerable en los métodos de medición validados y la evaluación de riesgos, y la OMS espera actualizar estas directrices dentro de cinco años, en 2022. ^{[ necesita actualización ]}

Debido a que la nanotecnología es un desarrollo reciente, los efectos sobre la salud y la seguridad de las exposiciones a nanomateriales, y qué niveles de exposición pueden ser aceptables, son temas de investigación en curso. ^[9] De los posibles peligros, la exposición por inhalación parece presentar la mayor preocupación. Los estudios en animales indican que los nanotubos de carbono y las nanofibras de carbono pueden causar efectos pulmonares, incluyendo inflamación , granulomas y fibrosis pulmonar , que fueron de potencia similar o mayor en comparación con otros materiales fibrogénicos conocidos como sílice , amianto y negro de carbón ultrafino . La exposición aguda por inhalación de animales sanos a nanomateriales inorgánicos biodegradables no ha demostrado efectos de toxicidad significativos. ^[79] Aunque no se sabe hasta qué punto los datos animales pueden predecir efectos pulmonares clínicamente significativos en los trabajadores, la toxicidad observada en los estudios a corto plazo en animales indica la necesidad de tomar medidas de protección para los trabajadores expuestos a estos nanomateriales, aunque hasta 2013 no se conocían informes de efectos adversos reales para la salud en los trabajadores que utilizan o producen estos nanomateriales. ^[80] Otras preocupaciones incluyen la exposición al contacto y la ingestión de la piel, ^{[80] [81] [82]} y los peligros de explosión de polvo . ^{[83] [84]}

La eliminación y la sustitución son los enfoques más deseables para el control de riesgos . Si bien los nanomateriales en sí mismos a menudo no se pueden eliminar o sustituir con materiales convencionales, ^[9] puede ser posible elegir propiedades de la nanopartícula como tamaño , forma , funcionalización , carga superficial , solubilidad , aglomeración y estado de agregación para mejorar sus propiedades toxicológicas mientras se conserva la funcionalidad deseada. ^[85] Los procedimientos de manipulación también se pueden mejorar, por ejemplo, utilizando una suspensión o lodo de nanomaterial en un disolvente líquido en lugar de un polvo seco reducirá la exposición al polvo. ^[9] Los controles de ingeniería son cambios físicos en el lugar de trabajo que aíslan a los trabajadores de los riesgos, principalmente sistemas de ventilación como campanas extractoras , cajas de guantes , cabinas de bioseguridad y recintos de balanzas ventilados . ^[86] Los controles administrativos son cambios en el comportamiento de los trabajadores para mitigar un riesgo, incluida la capacitación sobre las mejores prácticas para la manipulación, el almacenamiento y la eliminación seguros de nanomateriales, el conocimiento adecuado de los riesgos mediante el etiquetado y la señalización de advertencia, y el fomento de una cultura general de seguridad . El equipo de protección personal debe ser usado en el cuerpo del trabajador y es la opción menos deseable para controlar los peligros. ^[9] El equipo de protección personal normalmente utilizado para productos químicos típicos también es apropiado para nanomateriales, incluyendo pantalones largos, camisas de manga larga y zapatos cerrados, y el uso de guantes de seguridad , gafas protectoras y batas de laboratorio impermeables . ^[86] En algunas circunstancias se pueden utilizar respiradores . ^[85]

La evaluación de la exposición es un conjunto de métodos utilizados para monitorear la liberación de contaminantes y las exposiciones de los trabajadores. Estos métodos incluyen el muestreo personal, donde los muestreadores se ubican en la zona de respiración personal del trabajador, a menudo sujetos al cuello de una camisa para estar lo más cerca posible de la nariz y la boca; y el muestreo de área/fondo, donde se colocan en ubicaciones estáticas. La evaluación debe utilizar tanto contadores de partículas , que monitorean la cantidad en tiempo real de nanomateriales y otras partículas de fondo; como muestras basadas en filtros, que se pueden usar para identificar el nanomaterial, generalmente usando microscopía electrónica y análisis elemental . ^{[85] [87]} A partir de 2016, no se han determinado límites de exposición ocupacional cuantitativos para la mayoría de los nanomateriales. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. ha determinado límites de exposición recomendados no reglamentarios para nanotubos de carbono , nanofibras de carbono , ^[80] y dióxido de titanio ultrafino . ^[88] Agencias y organizaciones de otros países, incluido el Instituto Británico de Normas ^[89] y el Instituto para la Seguridad y Salud Ocupacional de Alemania, ^[90] han establecido OEL para algunos nanomateriales, y algunas empresas han suministrado OEL para sus productos. ^[9]

Diagnóstico a nanoescala

La nanotecnología ha sido noticia en el campo médico, ^[91] siendo responsable de la obtención de imágenes biomédicas. Las propiedades ópticas, magnéticas y químicas únicas de los materiales a escala nanométrica han permitido el desarrollo de sondas de obtención de imágenes con multifuncionalidad, como mejor mejora del contraste, mejor información espacial, biodistribución controlada e imágenes multimodales en varios dispositivos de escaneo. Estos avances han tenido ventajas como la capacidad de detectar la ubicación de tumores e inflamaciones, la evaluación precisa de la progresión de la enfermedad y la medicina personalizada.

1. Nanopartículas de sílice- Nanopartículas de sílice ^[92]Las nanopartículas de sílice se pueden clasificar en sólidas, no porosas y mesoporosas. Tienen una gran superficie, superficie hidrófila y estabilidades químicas y físicas. Las nanopartículas de sílice se fabrican mediante el proceso Stöber, que consiste en la hidrólisis de éteres de sililo, como el silicato de tetraetilo, en silanoles (Si-OH) utilizando amoníaco en una mezcla de agua y alcohol, seguida de la condensación de los silanoles en partículas de sílice de 50 a 2000 nm. El tamaño de la partícula se puede controlar variando la concentración de éter de sililo y alcohol o mediante el método de microemulsión. Las nanopartículas de sílice mesoporosas se sintetizan mediante el proceso sol-gel. Tienen poros que varían en diámetro de 2 nm a 50 nm. Se sintetizan en una solución a base de agua en presencia de un catalizador base y un agente formador de poros conocido como surfactante. Los surfactantes son moléculas que presentan la particularidad de tener una cola hidrofóbica (cadena alquílica) y una cabeza hidrofílica (grupo cargado, como una amina cuaternaria, por ejemplo). A medida que estos surfactantes se añaden a una solución a base de agua, se coordinarán para formar micelas con una concentración creciente para estabilizar las colas hidrofóbicas. La variación del pH de la solución y la composición de los disolventes, y la adición de ciertos agentes de hinchamiento pueden controlar el tamaño de los poros. Su superficie hidrofílica es lo que hace que las nanopartículas de sílice sean tan importantes y les permite llevar a cabo funciones como la administración de fármacos y genes, la bioimagen y la terapia. Para que esta aplicación tenga éxito, son necesarios diversos grupos funcionales de superficie y se pueden añadir ya sea mediante el proceso de co-condensación durante la preparación o mediante la modificación posterior de la superficie. La gran área de superficie de las nanopartículas de sílice les permite transportar cantidades mucho mayores del fármaco deseado que a través de métodos convencionales como polímeros y liposomas. Permite la focalización en sitios específicos, especialmente en el tratamiento del cáncer. Una vez que las partículas han llegado a su destino, pueden actuar como un reportero, liberar un compuesto o ser calentadas a distancia para dañar las estructuras biológicas cercanas. La focalización se logra típicamente modificando la superficie de la nanopartícula con un compuesto químico o biológico. Se acumulan en los sitios del tumor a través de la Retención de Permeabilidad Mejorada (EPR), donde los vasos tumorales aceleran la entrega de las nanopartículas directamente al tumor. La capa porosa de sílice permite controlar la velocidad a la que el fármaco se difunde fuera de la nanopartícula. La capa se puede modificar para que tenga afinidad por el fármaco, o incluso para que se active por pH, calor, luz, sales u otras moléculas de señalización. Las nanopartículas de sílice también se utilizan en bioimágenes porque pueden acomodar agentes de contraste fluorescentes/MRI/PET/SPECT y moléculas de fármaco/ADN en su superficie adaptable y poros. Esto es posible utilizando la nanopartícula de sílice como vector para la expresión de proteínas fluorescentes. Varios tipos diferentes de sondas fluorescentes, como tintes de cianina,El metilviológeno o puntos cuánticos semiconductores se pueden conjugar con nanopartículas de sílice y administrarse en células específicas o inyectarse in vivo. La molécula portadora péptido RGD ha sido muy útil para la obtención de imágenes in vivo dirigidas.
2. Espectroscopia raciométrica de resonancia Raman de superficie mejorada aplicada tópicamente (TAS3RS) ^[93] - TAS3RS es otra técnica que está comenzando a avanzar en el campo médico. Es una técnica de imágenes que utiliza receptores de folato (FR) para detectar lesiones tumorales tan pequeñas como 370 micrómetros. Los receptores de folato son proteínas de superficie unidas a la membrana que se unen a folatos y conjugados de folato con alta afinidad. FR se sobreexpresa con frecuencia en una serie de neoplasias malignas humanas, incluido el cáncer de ovario, pulmón, riñón, mama, vejiga, cerebro y endometrio. La imagen Raman es un tipo de espectroscopia que se utiliza en química para proporcionar una huella estructural mediante la cual se pueden identificar moléculas. Se basa en la dispersión inelástica de fotones, lo que da como resultado una sensibilidad ultraalta. Se realizó un estudio en el que se sintetizaron dos dispersiones Raman de resonancia de superficie mejorada (SERRS) diferentes. Uno de los SERRS era una "nano sonda dirigida funcionalizada con un anticuerpo anti-receptor de folato (αFR-Ab) a través de una PEG-maleimida-succinimida y utilizando el colorante infrarrojo IR780 como el reportero Raman, de aquí en adelante denominado αFR-NP, y una sonda no dirigida (nt-NP) recubierta con PEG5000-maleimida y que presenta el colorante infrarrojo IR140 como el reportero Raman". Estas dos mezclas diferentes se inyectaron en ratones con tumores y ratones sanos de control. Los ratones fueron fotografiados con una señal de bioluminiscencia (BLI) que produce energía luminosa dentro del cuerpo de un organismo. También fueron escaneados con el microscopio Raman para poder ver la correlación entre el TAS3RS y el mapa BLI. TAS3RS no mostró nada en los ratones sanos, pero fue capaz de localizar las lesiones tumorales en los ratones infectados y también pudo crear un mapa TAS3RS que podría usarse como guía durante la cirugía. La TAS3RS se muestra prometedora en la lucha contra el cáncer de ovario y peritoneal, ya que permite una detección temprana con gran precisión. Esta técnica se puede administrar localmente, lo que es una ventaja, ya que no tiene que entrar en el torrente sanguíneo y, por lo tanto, evita los problemas de toxicidad de las nanosondas circulantes. Esta técnica también es más fotoestable que los fluorocromos porque las nanopartículas SERRS no se pueden formar a partir de biomoléculas y, por lo tanto, no habría falsos positivos en la TAS3RS, como ocurre en las imágenes de fluorescencia.

• Enzima artificial
• Congelación direccional
• Lista de software para modelado de nanoestructuras
• Nanoestructura
• Nanotopografía
• Nanozimas

• Observatorio de nanomateriales de la Unión Europea (EUON)
• Adquisición, evaluación y presentación pública de datos y hallazgos relevantes para la sociedad en el campo de los nanomateriales (DaNa)
• Seguridad de los nanomateriales fabricados: Dirección de Medio Ambiente de la OCDE
• Evaluación de los riesgos para la salud de los nanomateriales: resumen de GreenFacts de la evaluación del CCRSERI de la Comisión Europea
• Laboratorio de nanotecnología textil de la Universidad de Cornell
• Material nanoestructurado
• Curso en línea MSE 376-Nanomateriales por Mark C. Hersam (2006)
• Nanomateriales: puntos cuánticos, nanocables y nanotubos, presentación en línea a cargo del Dr. Sands
• Vídeos de conferencias para el Segundo Simposio Internacional sobre la Evaluación de Riesgos de Nanomateriales Fabricados, NEDO 2012
• Nader Engheta: Interacción de ondas con metamateriales, SPIE Newsroom 2016
• Gestión de nanomateriales en el lugar de trabajo por la Agencia Europea para la Seguridad y la Salud en el Trabajo .