Nanociencia y nanotecnología, áreas de experiencia de la BUAP

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Laboratorio Nanotrónica

Como alternativa para solucionar muchos de los retos globales, la nanociencia es una de las disciplinas que más ha contribuido en el desarrollo del hombre contemporáneo. En la BUAP creció a la par de los desarrollos tecnológicos que permitieron cruzar el límite de lo micro a lo nano. Hoy en la Institución existe una sólida comunidad científica que, junto al Laboratorio de Nanotrónica, es muestra del “milagro” de la miniaturización.

La extensa producción científica y editorial, así como el elevado número de patentes en esta rama, es sólo el presente del largo recorrido que emprendió la BUAP hace más de treinta años, con la creación del Proyecto para las Líneas de Investigación de Largo Aliento en Materiales Avanzados de la Micro y Optoelectrónica, y la Fundación del Laboratorio de Física del Estado Sólido del Departamento de Física, hoy Instituto de Física “Ingeniero Luis Rivera Terrazas” (IFUAP).

Desde los años ochenta del siglo pasado, los científicos de la BUAP han contribuido en el crecimiento de esta disciplina cuando apenas se contaba con los insumos tecnológicos para “ver” lo microscópico (el Microscopio de Tunelamiento por Barrido y posteriormente el de Fuerza Atómica). Desde entonces, abordaron en sus proyectos conceptos como la microelectrónica cuántica, las delta-superredes, estructuras moleculares en semiconductores, conductores moleculares unidimensionales, tecnologías novedosas de crecimiento (growingtreeepitaxy), crionanoelectrónica(circuitos cuantomecánicos), integración tres-dimensional e incluso inteligencia artificial.

Así, en la BUAP se han cobijado diversos proyectos en ramas tan diversas como la física, la biología, la química, la electrónica, la informática, la medicina y otras áreas del saber que involucran elementos teóricos derivados de esta disciplina, que se encarga del estudio de estructuras o sistemas nanoscópicos.

Por ejemplo, los sistemas de purificación de agua, la producción de energías sustentables, la industrialización de alimentos y la innovación médica, son algunos de los campos en los que el conocimiento de lo nanoscópico ha encontrado nichos de aplicación.

 

La nanociencia y nanotecnología en la BUAP

La nanociencia es un área emergente que se ocupa de materiales de dimensiones muy pequeñas. Mientras que esta disciplina trata de comprender qué pasa a estas escalas, la nanotecnología busca manipular y controlar lo que sucede en el mundo de “lo extremadamente pequeño”.

Enfocado a estas ramas, en 2006 se creó el Laboratorio de Nanotrónica de la Facultad de Ciencias de la Electrónica (FCE) de la BUAP, fundado por Alfred Zehe Kuhnt, físico-matemático alemán con más de 50 años de trayectoria académica en la Institución. Se trata de un centro importante por su sobresaliente número de resultados de investigación, que se han traducido en publicaciones y patentes.

Para Zehe Kuhnt, la nanotecnología “implica la habilidad de manipular materia en su nivel atómico. Es una tecnología de fabricación en la que materiales artificiales serán conformados por un átomo a su vez, utilizando ensambladores –robots nanoscópicos con el potencial de autorreaplicación. La nanotecnología comprende un cambio revolucionario en lugar de evolutivo”.

Aunque el investigador asegura que las aplicaciones son infinitas, reconoce que el sector de energía, los sistemas de purificación del agua y la salud, son las áreas con mayor inversión para el desarrollo nanotecnológico y representan enormes retos para los científicos.

El prefijo nano hace alusión a la milmillonésima parte de algo, por tal motivo, es posible definir al nanómetro como la milmillonésima parte de un metro. Los científicos buscan comprender y analizar diferentes aspectos de estructuras menores a cien nanómetros, cuerpos mucho más pequeños que el grosor de un cabello, cuyo diámetro se aproxima a los cien mil nanómetros.Nanociencia, escaner de microscopía fuerza atómica

Si la Tierra, que posee una superficie de 510 millones 72 mil kilómetros cuadrados, fuera representada a escala nanoscópica, el modelo resultante tendría las dimensiones de una canica promedio. En otras palabras, las estructuras o sistemas abordados por la nanociencia corresponden a escalas atómicas, moleculares y supramoleculares.

Analizar estructuras en esta escala resulta de especial interés para la comunidad científica ya que muchas de las propiedades físicas y químicas de los cuerpos cambian en función de su tamaño, explicó Ana Lilia González Ronquillo, profesora investigadora del IFUAP, con más de diez años de experiencia en esta disciplina.

La doctora en Física por la UNAM señaló que las estructuras metálicas como el oro, plata, cobre y aluminio, cuando son estudiadas o utilizadas a escala nanoscópica, manifiestan comportamientos no esperados que difieren a los que ocurren a nivel macro. Fenómenos físicos como la gravedad, la fuerza de atracción y la conductividad eléctrica se ven influidos por la escala de los cuerpos.

Esas “sorpresas” son utilizadas para la innovación tecnológica; su descubrimiento,  tratamiento y aplicación para el beneficio de la sociedad es lo que dirige la labor científica de los investigadores de esta rama.

El uso de las propiedades físicas y químicas de los cuerpos nanoscópicos ha encontrado importantes áreas de aplicación en la industria. Cosméticos e incluso algunos refrigeradores cuentan con capas de nanopartículas de plata para evitar la proliferación de bacterias, debido a que este metal posee propiedades bactericidas.

González Ronquillo comentó que durante sus estudios doctorales se dedicó a comprender el comportamiento de los plasmones de superficie, una característica importante de las nanopartículas metálicas.

Al experimentar con este tipo de materiales, pudo constatar que en el caso particular del oro, cuando se observa a escala macroscópica como en anillos, pulseras o vasijas, conserva su color característico sin importar su forma o tamaño. A nivel nanométrico esto no sucede: “el objeto de oro cambia de color a partir de su forma: cilíndrica, cúbica o esférica. Puede llegar a tener un color rojo, rosa, anaranjado y hasta violeta”. Muchos de los cuerpos metálicos a escala nanométrica presentan esta variación física de carácter óptico.

Asimismo, las propiedades químicas difieren en ambas escalas. En la escala bulto, la macro, el oro no es un buen catalizador, es decir, no acelera reacciones químicas, a diferencia de cuando es utilizada a nivel molecular, razón por la que es empleado con frecuencia en los laboratorios.

Gracias a la innovación tecnológica suscitada a nivel internacional-que siempre apunta hacia estructuras más pequeñas, potentes y rápidas en sus acciones-, el respaldo institucional y el constante trabajo de los científicos universitarios, la BUAP hoy cuenta con proyectos sólidos de investigación en distintas áreas como la nanobiotecnología y nanoelectrónica a escala molecular, optoelectrónica y física de microondas, entre otras ramas con mucho potencial para atender las necesidades de la humanidad.

A más de 30 años de trayectoria en el campo de la nanociencia y nanotecnología, el desarrollo es sorprendente en la BUAP. Tan sólo Alfred Zehe Kuhnt, Doctor Honoris Causa por la Institución e Investigador Nacional Emérito, en colaboración con estudiantes y académicos de la universidad y otras instituciones, ha publicado más de 180 artículos científicos en diversas revistas internacionales, y ha participado en el desarrollo de más de quince patentes tecnológicas.

Sus aportaciones académicas son una muestra representativa de la producción científica de la comunidad BUAP en esta materia.

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