en el área de la microelectrónica.
Al traer hasta el presente esta breve descripción que dibuja la línea evolutiva por la que ha transitado la humanidad (ver figura 1.1), se hace posible hablar de una edad de los nanomateriales, la cual se origina en la denominada era nanotecnológica.
Figura 1.1 Línea evolutiva de la humanidad marcada por las edades de tránsito de los materiales
En 1980, con el desarrollo instrumental diseñado para explorar y caracterizar la materia a escala de los nanómetros, se abre una ventana hacia el estudio y la manipulación de la materia, que permiten desvelar las extraordinarias y novedosas propiedades que se hacen manifiestas al mirar en estos tamaños invisibles. En ese momento cobran vigencia áreas de la química tales como la “dimensión olvidada” de la ciencia de los coloides, que adquiere una nueva imagen y denominación que es valorizada con el prefijo nano-:2 las nanopartículas. Se inicia entonces la transición hacia los dominios de validez de la mecánica cuántica, fundamento teórico de la nanociencia, la cual permite dar cuenta de las observaciones y resultados experimentales que la originan en los laboratorios de investigación. Desde los trabajos visionarios de Richard Feynman y de los avances tecnológicos de Leo Esaki, creador del diodo túnel o diodo Esaki, que es la primera nanoestructura fabricada, se recuperan viejos problemas con nuevas soluciones planteadas a partir de la nanoescala, que da lugar a una enorme y vasta cantidad de publicaciones y avances científicos y tecnológicos en todas las áreas del conocimiento. Es esta una edad de grandes cambios y de nuevas miradas a problemas que forman, y que han formado, parte del estudio de la materia a lo largo de todas las edades.
1.2.1 Evolución de la ciencia y tecnología de materiales hacia la nanociencia y la nanotecnología
La ciencia e ingeniería de materiales aparece en los Estados Unidos a comienzos de la década de los cincuenta del siglo xx, y en Europa a comienzos de la década de los sesenta, impulsada por la academia y por la industria, como resultado de la conversión progresiva de la metalurgia. Desde ese entonces ha evolucionado hasta convertirse en una “superdisciplina” que sustenta la infraestructura en investigación y desarrollo tecnológico.
En el reporte de 1974 del cosmat (Committee on the Survey of Materials Science and Technology), la ciencia e ingeniería de materiales se define como: “Generación y aplicación del conocimiento relativo a la composición, estructura y procesamiento de materiales, sus usos y propiedades”[5]. En esta definición, que incluye los principales elementos que dimensionan el significado de la ciencia e ingeniería de materiales, los términos “composición” y “estructura” han cobrado gran relevancia en los últimos años dentro del contexto de control en la escala nanométrica. En esta perspectiva adquiere significado la evolución de ciencia e ingeniería de materiales hacia ciencia e ingeniería de nanomateriales, esencia de la transición hacia la era nanocientífica y nanotecnológica.
Una línea evolutiva para los nanomateriales puede ser trazada en términos de cinco generaciones de avances registrados en la producción o síntesis controlada de aquellos aspectos que determinan las propiedades fisicoquímicas y los comportamientos fenomenológicos propios de estos objetos nanoescalares. Siguiendo la línea de clasificación evolutiva sugerida por W. Parak, y específicamente para el caso de nanomateriales coloidales[6], podrían ser considerados nanomateriales de primera generación aquellos en los que se hace posible controlar la sustancia o materia prima a partir de la cual se confecciona el nanomaterial. En los nanomateriales de segunda generación se logra el control en el tamaño, aspecto que resulta de gran importancia en el comportamiento fisicoquímico. En la tercera generación se consigue control en la forma, uno de los aspectos de mayor complejidad en los procesos de síntesis y escalado. La posibilidad de lograr estructuras geométricamente controladas abre una ruta de extraordinarias posibilidades para lograr avances significativos en sus aplicaciones y usos[7]. Los nanomateriales de cuarta generación serían aquellos en los que se logra el control en la composición; en la actualidad se cuenta con desarrollos sintéticos que permiten afinar con elevada precisión la distribución controlada de diferentes elementos químicos en nanoestructuras coloidales[8].
Finalmente, como nanomateriales de quinta generación se podrían considerar aquellos en los que se logra el control simultáneo de la sustancia, el tamaño, la forma y la composición (ver figuras 1.2a y 1.2b)[9].
Figura 1.2a Las propiedades de la materia a escala nanométrica dependen sensiblemente de aspectos tales como la forma, el tamaño y la composición
Figura 1.2b Se ilustran viales con puntos cuánticos en dispersión coloidal, y las correspondientes fotografías tomadas con microscopio electrónico de transmisión. Como se observa, la longitud de onda de la luz dispersada depende drásticamente del tamaño de estas entidades
1.2.2 Nanomateriales y su significado
Un significado de nanotecnología derivado del Subcomité nset (Nanoscale Science, Engineering and Technology) que ha alcanzado hasta ahora el mayor consenso global, se circunscribe en: “Investigación y desarrollo tecnológico en longitudes de un rango aproximado de 1 a 100 nanómetros, para proporcionar una comprensión fundamental de los fenómenos y materiales en la nanoescala [...]”[10]. En este contexto, la nanotecnología se restringe en términos de nanomateriales, los cuales requieren de una definición o precisión sobre su significado.
La búsqueda de una definición consensuada para los nanomateriales ha sido una tarea de permanente debate que a finales de la segunda década del siglo xxi se mantiene vigente. Algunos aspectos que resultan relevantes en este debate tienen que ver con consideraciones relacionadas con el riesgo y la seguridad en seres vivos y ambiente[11], atributos asociados a diversos significados, y con las dificultades para establecer los rangos de tamaño que permitan validar sin ambigüedad los diferenciales identificados para los nanomateriales. En las definiciones que se han propuesto —con estatus regulatorio o de recomendación— por parte de gobiernos, organizaciones e industria, requeridas por la creciente necesidad de consolidación de marcos regulatorios y normativos para su uso y comercialización, se destaca el tamaño como elemento diferencial para delimitar su definición[12]. Así, la ingeniería de nanopartículas se suele considerar como producción de materiales particulados que presentan un tamaño característico en el rango de 1 a 100 nm[13].
En la figura 1.3, se aprecian fotografías de materiales con diferentes morfologías.
Figura 1.3 Fotografías tomadas con microscopio electrónico, de nanomateriales con diferente morfología, tamaño, composición y forma. Se muestran distintas clases de nanopartículas esféricas, cúbicas, huecas y porosas
Fuente: González, Arbiol y Puntes.[9]
La iniciativa de la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas (echa), luego de lanzar en junio del 2017 el Observatorio de Nanomateriales, como recurso digital para proporcionarles a los interesados información relevante relacionada con los nanomateriales, como usos, seguridad, reglamento, actividades internacionales, investigación e innovación, hace referencia a las recomendaciones que la Comisión Europea ha suministrado sobre cómo definir un nanomaterial con base: “Únicamente en el tamaño de las partículas constituyentes de un material, sin atender al peligro o al riesgo”[14]. Esta definición, que incluye materiales naturales y manufacturados, “respalda la aplicación de disposiciones reglamentarias para este grupo de materiales. No obstante, en algunos ámbitos legislativos, la razón de las obligaciones legales ligadas a los nanomateriales
