La Nanoqumica, una disciplina en continuo progreso
Nanochemistry, a discipline in continuous progress
Nanoqumica, uma disciplina em contnuo progresso
Laura Leonor Valdez-Lpez I
https://orcid.org/0000-0001-5883-0777
Mara Matilde Duque-Mario II
https://orcid.org/0000-0002-1973-6881
William Johnny Jimnez-Jimnez III
https://orcid.org/0000-0001-6302-5481
Correspondencia: ll_valdez@hotmail.com
Ciencias naturales
Artculo de investigacin
*Recibido: 15 de agosto de 2020 *Aceptado: 10 de septiembre 2020 * Publicado: 01 de octubre de 2020
I. Magster en Diseo Curricular, Qumica y Farmacutica, Universidad de Guayaquil, Carrera de Qumica y Farmacia, Ecuador.
II. Diploma Superior en Atencin Primaria de Salud, Magister en Bioqumica Clnica, Qumica y Farmacutica, Universidad de Guayaquil, Carrera de Qumica y Farmacia, Ecuador.
III. Magster en Epidemiologia, Doctor en Bioqumica y Farmacia, Qumico y Farmacutico, Universidad de Guayaquil, Carrera de Ciencias Qumicas, Ecuador.
Resumen
El objetivo de esta investigacin fue enfatizar el papel que ha jugado el avance de la nanoqumica, en la obtencin de nanomateriales aplicados en diferentes mbitos. Como forma de lograr este propsito, se realiz una revisin documental-bibliogrfica de diversas fuentes relacionadas con el objeto de estudio. La metodologa se enmarc en el anlisis de contenido. Para la seleccin del material bibliogrfico, se asumieron criterios de calidad metodolgica y cientfica, aportes y aos de publicacin desde 2015 a 2020. Como tcnica principal de recopilacin de informacin se utiliz la bsqueda avanzada a travs de descriptores clave. La poblacin total fue de 15 documentos que permitieron desarrollar el estudio y, mediante el muestreo intencional, la muestra de anlisis qued conformada por seis (06) fuentes. Los resultados obtenidos dan cuenta de que la nanoqumica, tiene aplicaciones como: nanopartculas de plata, las Ag-NPs, para el tratamiento de agua, la industria de pinturas, dispositivos mdicos, entre otros y en la qumica verde. Las nanopartculas de upconversion (UCNP), compuestas por nanocristales inorgnicos que contienen lantnidos, como NaYF4 codopados con cationes lantnidos (como Er3+, Yb3+, Tm3+), son de gran inters en campos como en seguridad, fotocatlisis fabricacin de celdas solares o sensores y, especialmente, en biomedicina (bioimagen, terapia fotodinmica) Se concluy que: La nanotecnologa, ha conducido a la aparicin de diversas especialidades, como la nanoqumica, que a travs de la manipulacin de las estructuras moleculares y sus tomos, ha logrado la expansin y la evolucin en muchos aspectos que permitirn una mejora en la vida de muchas personas.
Palabras clave: Avances; nanoqumica; nanomateriales.
Abstract
The objective of this research was to emphasize the role that the advancement of nanochemistry has played in obtaining nanomaterials applied in different fields. As a way to achieve this purpose, a documentary-bibliographic review of various sources related to the object of study was carried out. The methodology was framed in content analysis. For the selection of the bibliographic material, criteria of methodological and scientific quality, contributions and years of publication from 2015 to 2020 were assumed. As the main information gathering technique, the advanced search was used through key descriptors. The total population consisted of 15 documents that allowed the study to be carried out and, through intentional sampling, the analysis sample was made up of six (06) sources. The results obtained show that nanochemistry has applications such as: silver nanoparticles, Ag-NP's, for water treatment, the paint industry, medical devices, among others, and in green chemistry. Upconversion nanoparticles (UCNP), composed of inorganic nanocrystals containing lanthanides, such as NaYF4 co-doped with lanthanide cations (such as Er3 +, Yb3 +, Tm3 + ...), are of great interest in fields such as security, photocatalysis, manufacturing of solar cells or sensors and , especially, in biomedicine (bioimaging, photodynamic therapy ...) It was concluded that: Nanotechnology has led to the appearance of various specialties, such as nanochemistry, which, through the manipulation of molecular structures and their atoms, has achieved expansion and the evolution in many aspects that will allow an improvement in the lives of many people.
Keywords: Advances; nanochemistry; nanomaterials.
Resumo
O objetivo desta pesquisa foi enfatizar o papel que o avano da nanoqumica desempenhou na obteno de nanomateriais aplicados em diferentes campos. Como forma de atingir esse objetivo, foi realizada uma reviso bibliogrfica documental de diversas fontes relacionadas ao objeto de estudo. A metodologia foi enquadrada na anlise de contedo. Para a seleo do material bibliogrfico, foram assumidos critrios de qualidade metodolgica e cientfica, contribuies e anos de publicao de 2015 a 2020. Como principal tcnica de coleta de informaes, utilizou-se a busca avanada por meio de descritores-chave. A populao total foi composta por 15 documentos que permitiram a realizao do estudo e, por meio de amostragem intencional, a amostra de anlise foi composta por seis (06) fontes. Os resultados obtidos mostram que a nanoqumica tem aplicaes como: nanopartculas de prata, Ag-NP's, para tratamento de gua, indstria de tintas, dispositivos mdicos, entre outras, e na qumica verde. Nanopartculas de converso ascendente (UCNP), compostas por nanocristais inorgnicos contendo lantandeos, como NaYF4 co-dopado com ctions lantandeos (como Er3 +, Yb3 +, Tm3 + ...), so de grande interesse em campos como segurana, fotocatlise, fabricao de clulas solares ou sensores e , em especial, na biomedicina (bioimagem, terapia fotodinmica ...) Concluiu-se que: A nanotecnologia tem levado ao aparecimento de vrias especialidades, como a nanoqumica, que, atravs da manipulao de estruturas moleculares e seus tomos, tem alcanado expanso e a evoluo em muitos aspectos que permitiro uma melhoria na vida de muitas pessoas.
Palavras-chave: Avanos; nanoqumica; nanomateriais.
Introduccin
En los ltimos aos, numerosas investigaciones cientficas relacionadas con la Nanotecnologa y la Nanociencia, dan cuenta del surgimiento de una nueva especialidad, la Nanoqumica, una disciplina cientfica que contempla los aspectos bsicos del comportamiento de la materia a escala de nanmetros, que ha venido cobrando una gran importancia econmica y social. Es as que, (Valcrcela & Soriano, 2015), afirman que el papel de la Qumica en la Nanociencia y Nanotecnologa (N&N) es cada vez ms relevante...La Nanoqumica es ya hegemnica y de una importancia indiscutible en el contexto de la Nanotecnologa y la Nanociencia.
A decir de (Aguayo, Zarzuela, & Lama, 2011), la nanotecnologa constituye un mbito de conocimiento que permite desarrollar nuevos productos derivados del conocimiento de las propiedades y los procesos a escala nanomtrica. Con relacin a la Nanoqumica, (Lpez, 2015), precisa que representa una parte de la qumica dedicada al estudio de la sntesis y las propiedades de materiales de tamaos submicromtricos, denominados nanomateriales. A decir de (Zambon, Crdoba, & Lombardi, 2019), los nanomateriales resultan de la reduccin de partculas de una sustancia qumica a la escala nanomtrica. Es de resaltar que, la escala nanomtrica identifica una unidad mtrica conocida como nanmetro (nm) equivalente a la mil millonsima parte de un metro (es decir, 1 nm equivale a 1 x 10-9 m). (Contreras & Cardozo, 2015).
En la literatura especializada, se afirma que las propiedades de la materia cambian a escala nano. (Lpez, 2015), manifiesta que se ha observado que cuando los nanomateriales se reducen a tamaos muy pequeos, de forma que contengan solamente un nmero reducido de tomos (menor de aproximadamente 100-500 tomos), las propiedades cambian drsticamente. (Daz, 2012), dice que muchas de las propiedades de los materiales dependen de cmo se comporten los electrones que se mueven en su seno o de cmo estn ordenados los tomos en la materia. (Contreras & Cardozo, 2015), sealan que es ampliamente conocido que las transformaciones qumicas estn determinadas por ruptura y formacin de enlaces o, en todo caso, por reordenamientos electrnicos, lo cual significa que el electrn es, en definitiva, la piedra angular de la nanoqumica. Siguiendo con (Daz, 2012), en un material nanomtrico, el movimiento de los electrones est muy limitado por las dimensiones del propio material. Por consiguiente, si se reducen las dimensiones de un material, se modifican sus propiedades y en consecuencia se pueden disear materiales con propiedades a la carta.
De este modo, (Lpez, 2015) indica que, en esta ltima regin de la materia, antes de llegar a los tomos, los efectos cunticos de tamao juegan un papel muy importante, de forma que aparecen nuevas e inesperadas propiedades que convierten a los nanomateriales en una nueva revolucin cientfica.
Lo anterior, tiene base en los aportes del connotado fsico Richard Feynman (1918-1988), citado en (Contreras & Cardozo, 2015), en su disertacin en el mundo de lo muy, muy pequeo, muchas cosas nuevas podrn suceder, porque los tomos se comportan de manera distinta a como lo hacen los objetos a mayor escala, pues deben satisfacer las leyes de la mecnica cuntica. De este manera, (Aguayo, Zarzuela, & Lama, 2011), destacan que el mundo nano, no es regido por las leyes de la fsica clsica, sino por las leyes de la fsica cuntica. Si un electrn se lanza contra un muro, en lugar de chocar con este, lo traspasa. Otra de las ideas clave de Feynman, expuesto en (Contreras & Cardozo, 2015), refiere que a nivel atmico, aparecen nuevos tipos de fuerzas, nuevas posibilidades, nuevos efectos. [] Resulta interesante que, en principio, es posible que un fsico sintetizase cualquier molcula que un qumico le dibujase.
Estos planteamientos constituyen uno de los primeros modelos de la nanotecnologa y en consecuencia de la Nanoqumica, al considerar un cambio novedoso en la manera de sintetizar nuevas estructuras moleculares a escala nanomolecular. Por ello, (Huang & Otros, 2014), reconocen que la Nanoqumica implica desarrollar una serie novedosa de diseos experimentales que permitan sintetizar nuevas molculas utilizando el criterio de Feynman de construir de abajo hacia arriba (bottom-up).
Hoy en da, los avances acontecidos en los ltimos aos en el mbito de la Nanoqumica, han permitido sintetizar nanomateriales con tamaos, formas y propiedades especficas, para cumplir con usos y funciones puntuales. Como subrayan, (Contreras & Cardozo, 2015), la nanotecnologa, y otras reas de aplicacin (como la Nanoqumica), surgen como estrategias inteligentes para resolver problemas concretos, a travs del diseo de materiales novedosos que responden a necesidades especiales en campos que van desde la catlisis industrial, hasta la biomedicina. Junto a ello, (Lpez, 2015), afirma que la Nanoqumica y, en particular, los nanomateriales ya se estn usando en numerosos productos y en una gran diversidad de aplicaciones industriales.
Como se ha venido apuntando, la Nanoqumica presenta diversas aplicaciones, sobre todo en el rea industrial y de la salud. (Lpez, 2015), asevera que por su carcter transversal, la Nanoqumica puede estar presente en la mayor parte de los sectores productivos. En la misma lnea, (Aguayo, Zarzuela, & Lama, 2011), refieren que los mbitos de aplicacin de estas tecnologas no se encuentran limitados a ciertos sectores o mbitos del conocimiento, las mismas se han incorporado rpidamente en muchos sectores, como son el sanitario, textil, mecnico alimentario, agronmico, electrnico, qumico, farmacutico, construccin, etc.
En este orden, diversos estudios sealan la aplicacin de la Nanoqumica en el desarrollo de diversos materiales de inters en diferentes contextos. (De la Rosa & Otros, 2020), present una investigacin titulada: Algunas aplicaciones de la nanofotnica en la biomedicina, en la Universidad De La Salle Bajio, Guanajuato, Mxico, cuyo objetivo fue analizar sus caractersticas fundamentales y su aplicacin en el diseo de dispositivos y tcnicas para la deteccin, imagen y terapia, especialmente en problemas de cncer. Entre los aportes se discuten algunos resultados recientes obtenidos en nuestro laboratorio donde hemos podido medir concentraciones del orden de 1022 moles de complejos de inters. Reportamos la deteccin de residuos en sangre de medicamentos del orden de 108 y 109 molar (M), lo que abre el camino para el monitoreo de frmacos con un enfoque a la implementacin de una medicina persona.
(Daz E. , 2019), realiz un estudio denominado: Nanopartculas de plata: sntesis y funcionalizacin. Una breve revisin, en la Universidad Autnoma de Ciudad Jurez, Mxico, que tuvo como objetivo: realizar una breve descripcin del papel de las Ag NPs, la funcionalizacin en su superficie, as como la mencin de su sntesis, tcnicas de caracterizacin y tendencias a futuro en investigacin. Dentro de sus conclusiones, se seala que las nanopartculas han tomado importancia en el rea biomdica as como en otras aplicaciones de la ciencia. Las Ag-NPs, adems de ser utilizadas como agentes antimicrobianos y antivirales, tienen aplicacin en el tratamiento de agua, la industria de pinturas, dispositivos mdicos, entre otros. La tendencia de la sntesis de Ag-NPs se ha enfocado recientemente en la utilizacin de la qumica verde, ganando popularidad debido a sus bajos costos y ser una tcnica amigable con el medio ambiente.
(Francs, 2017), en la Universidad de Valencia, Espaa, present un trabajo de investigacin denominado Nanopartculas de upconversion: sntesis y aplicaciones, cuyo objetivo fue la sntesis, caracterizacin y mayor funcionalizacin de nanopartculas luminiscentes de conversin ascendente para su aplicacin en diferentes reas. Las nanopartculas de upconversion (UCNP) estn compuestas por nanocristales inorgnicos que contienen lantnidos, como NaYF4 codopados con cationes lantnidos (como Er3+, Yb3+, Tm3+). Dentro de los resultados se tiene que, las UCNP son de gran inters en muchos campos como en seguridad, fotocatlisis, fabricacin de celdas solares o sensores y, especialmente, en biomedicina (bioimagen, terapia fotodinmica) debido a la gran profundidad de penetracin de la luz NIR en los tejidos. Como aspecto relevante, se indica la Nanoqumica abre caminos innovadores en la ciencia para desarrollar materiales con nuevas propiedades y comportamientos novedosos.
En Ecuador, (Ortiz & Otros, 2015), desarroll una investigacin denominada: La nanotecnologa aplicada en el campo de la medicina , en la Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE, Sangolqu, Ecuador, cuyo objetivo vers en: evaluar no slo los beneficios, sino tambin los posibles riesgos que plantean las nanopartculas y probablemente acordar medidas efectivas mediante criterios reguladores adecuados. Dentro de las conclusiones ms notables, se tiene que: la nanotecnologa en las ciencias de la salud, tiene su aplicacin en la nanomedicina, que se perfila como la de mayor proyeccin en un futuro prximo debido a sus importantes aplicaciones, especialmente diagnsticas y teraputicas.
Contextualizando esta investigacin, en Ecuador, segn lo afirmado por Mara Fernanda Pilaquinga, jefa del Laboratorio de Nanotecnologa de la Pontificia Universidad Catlica del Ecuador (PUCE) en (El Comercio, 2017), Ecuador da pasos slidos en lo que respecta a la investigacin en la ciencia y la tecnologa de lo diminuto. Los principales avances se han registrado en la educacin superioren la actualidad existen nueve grupos de investigacin de las universidades del pas que trabajan en temas relacionados con la nanotecnologa.
No obstante, indic la docente que an hay retos que superar, debido al alto costo de los equipos, el pas no cuenta con suficientes laboratorios de caracterizacin de nanomateriales. Es por ello que el trabajo en conjunto se vuelve indispensable. (El Comercio, 2017).
Sobre la base de los planteamientos anteriores se tiene que el propsito de esta de esta investigacin es enfatizar el papel que ha jugado el avance de la Nanoqumica, en la obtencin de nanomateriales aplicados en diferentes mbitos.
Metodologa
Para la realizacin de este estudio se emple una revisin documental bibliogrfica para el anlisis de contenido acerca del papel que ha jugado el avance de la Nanoqumica, en la obtencin de nanomateriales aplicados en diferentes mbitos. En esta investigacin se implement un estudio cualitativo de tipo descriptivo. El mtodo empleado fue el inductivo, en funcin del cual se analizaron las fuentes de carcter documental-bibliogrfico, como forma de ampliar el conocimiento acerca de temtica objeto de investigacin.
La recoleccin de informacin se realiz mediante la tcnica de bsqueda de registros bibliogrficos de literatura especializada a travs de internet en pginas especializadas de naturaleza acadmicas y cientfica altamente confiables. Una vez seleccionada las bases de datos, se elegirn los descriptores o palabras clave para comenzar la bsqueda. La informacin se obtuvo de fuentes primarias tales como artculos, trabajos de grado, posgrados y tesis doctorales de reciente publicacin, entre los aos 2015 y 2020. Sin embargo, se consideraron algunas publicaciones de aos anteriores, pues se admitieron como valiosas para esta investigacin. Asimismo, se establecieron diversos criterios: seleccin del buscador la base de datos como: Scielo, Dialnet, entre otros, y se realiz la bsqueda avanzada para lo cual se incorpor los descriptores clave: Nanotecnologia, Nanociencia, nanoquimica.
En base a los procedimientos anteriores la poblacin a estudiar estuvo conformada por los registros obtenidos atendiendo a los criterios antes mencionados. Los resultados refieren 15 artculos/tesis. Para la seleccin de los documentos, se emple el muestreo intencional. Se organiz y prioriz la bsqueda, lo que permiti seleccionar seis (06) publicaciones cientficas, cuya informacin se consider ms relevantes y pertinentes para el desarrollo de este estudio.
La presentacin de los resultados ms significativos se organiz en base a relevancia, pertinencia y aportes de la informacin y se elabor una sntesis de la revisin bibliogrfica compilada, la cual se muestra en la tabla 1. Por ltimo, se presentan la discusin de los resultados y las principales conclusiones del estudio.
Anlisis y Discusin
Tabla 1 Fuentes bibliogrficas consultadas por ao de publicacin
Autor/ao |
Resultados/Conclusiones |
(De la Rosa & Otros, 2020) |
En nuestro laboratorio hemos podido medir concentraciones del orden de 1022 moles de complejos de inters. Reportamos la deteccin de residuos en sangre de medicamentos del orden de 108 y 109 molar (M), lo que abre el camino para el monitoreo de frmacos con un enfoque a la implementacin de una medicina persona. |
(Daz E. , 2019) |
Las Ag-NPs, adems de ser utilizadas como agentes antimicrobianos y antivirales, tienen aplicacin en el tratamiento de agua, la industria de pinturas, dispositivos mdicos, entre otros. La tendencia de la sntesis de Ag-NPs se ha enfocado recientemente en la utilizacin de la quimica verde, ganando popularidad debido a sus bajos costos y ser una tcnica amigable con el medio ambiente. |
(Francs, 2017) |
Las nanopartculas de upconversion (UCNP), son de gran inters en muchos campos como en seguridad, fotocatlisis, fabricacin de celdas solares o sensores y, especialmente, en biomedicina (bioimagen, terapia fotodinmica) debido a la gran profundidad de penetracin de la luz NIR en los tejidos |
(Ortiz & Otros, 2015) |
Dentro de la nanotecnologa, la nanomedicina, se perfila como la de mayor proyeccin en un futuro prximo debido a sus importantes aplicaciones, especialmente diagnsticas y teraputicas. |
(Castaeda, 2018) |
Pese a que no existe una estrategia nacional respecto a las nanotecnologas, nuestro pas, de 2000 a 2015, se publicaron 115 artculos sobre el tema en 45 instituciones, lo cual coloca a Mxico como pas que aporta gran porcentaje de la investigacin sobre el tema en la regin; asimismo, hay empresas nacionales e internacionales que ofrecen opciones para el tratamiento del agua, a saber: dispositivos y materiales nanoestructurados, as como servicios para purificar el agua con nanopartculas |
(Lira & Otros, 2018) |
La aplicacin de la nanotecnologa (NT) en el sector agroalimentario es uno de los campos de ms rpido crecimiento en la nano-investigacin. Con la NT se abre un amplio abanico de oportunidades en la agricultura para producir agroproductos como nanofertilizantes, nanopesticidas, nanoherbicidas y nanosensores, que permitirn incrementar el rendimiento de alimentos de manera sustentable y reduciendo el impacto ambiental. |
Fuente. Elaboracin propia
Discusin
Una vez realizado el proceso de compilacin de los datos en relacin al tema de estudio se pudo constatar en las investigaciones consultadas, que est tecnologa de micropartculas, no slo es interesante, por su aplicabilidad, sino que cada da conduce a la obtencin de nuevos materiales, en diversas reas del conocimiento y por tanto, a grandes avances en muchas reas como: la medicina, desarrollo de frmacos, tratamientos de aguas, agricultura, entre otros. (De la Rosa & Otros, 2020), afirm que los adelantos relacionados con la nanotecnologa, abre el camino para el monitoreo de frmacos en sangre con un enfoque a la implementacin de una medicina personal. En la misma lnea, (Ortiz & Otros, 2015) seala la importancia de las nanoparticulas en el rea de la nanomedicina y su aplicaciones diagnsticas y teraputicas.
Por su parte, (Daz E. , 2019), da cuenta de la sntesis de nanopartculas de plata, las Ag-NPs, para diversos usos: agentes antimicrobianos y antivirales, tienen aplicacin en el tratamiento de agua, la industria de pinturas, dispositivos mdicos, entre otros y ms recientemente su utilizacin apunta a la qumica verde, como una tcnica amigable con el medio ambiente. (Castaeda, 2018), asevera que las nanotecnologas, ofrecen opciones para el tratamiento del agua, a saber: dispositivos y materiales nanoestructurados, as como servicios para purificar el agua con nanopartculas.
Por su parte la investigacin presentada por (Francs, 2017), ha aprovechado las posibilidades que brindan las nanopartculas de upconversion (UCNP), en muchos campos como en seguridad, fotocatlisis, fabricacin de celdas solares o sensores y, especialmente, en biomedicina (bioimagen, terapia fotodinmica)
En este contexto, (Lira & Otros, 2018) refiere el abanico de posibilidades de la aplicacin de la nanotecnologa en el sector agroalimentario, particularmente en la agricultura para producir agroproductos como nanofertilizantes, nanopesticidas, nanoherbicidas y nanosensores, que permitirn incrementar el rendimiento de alimentos de manera sustentable y reduciendo el impacto ambiental.
Por todo lo anterior, se puede inferir que las investigaciones en nanotecnologa y de manera concreta en la nanoquimica, confirman que este campo del conocimiento abre infinitas posibilidades de progresar en todos los campos del saber, cuyos resultados esperados pueden ser favorables para las economas y las sociedades a nivel planetario.
Conclusiones
El desarrollo de la nanotecnologa, ha conducido a la aparicin de diversas especialidades, como la Nanoqumica, que a travs de la manipulacin de las estructuras moleculares y sus tomos, ha logrado la expansin y la evolucin en muchos aspectos que permitirn una mejora en la vida de muchas personas.
Nunca como ahora, el ser humano ha necesitado de los avances cientficos y tecnolgicos para satisfacer una gran cantidad de necesidades en su vida y en este punto la tecnologa de micropartculas, y por ende la Nanoqumica, ha llegado para lograr avances en diversos sectores como la salud, la agricultura, el tratamiento de aguas, que otorgan mltiples beneficios en el da de los individuos.
De ah la importancia de que la nanotecnologia y sus reas emergentes, como la nanoquimica, continen su ascenso en la consecucin de nuevos y diversos materiales que cada da faciliten el bienestar no solo del ser humano, sino tambin del medio donde se desenvuelve. La nanoquimica como ciencia incipiente an est lejos de alcanzar su asombroso potencial.
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2020 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).
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