Computación a escala atómica por medio de la nanotecnología

Computación a escala atómica mediante nanotecnología

Durante muchos años, generaciones de  transistores cada vez más pequeños han producido un desarrollo exponencial de la potencia de las computadoras.
La cuestión de si las moléculas, convertidas en componentes minúsculos de las computadoras futuras, puedan producir un crecimiento aun mayor de la potencia de las computadoras en los próximos años ha sido relevante en las investigaciones relativas.

Computación en escala atomic, en la que procesos informáticos son llevados a cabo en una molécula aislada o usando un circuito de  superficie de escala atómica establecen resultados promisorios para la industria de la microelectrónica. Componentes electrónicos en la escala nano o pico(1000 veces menor) facilitan continuar el proceso de aumento de potencia de las computadoras y permitirían teóricamente a cada persona tener en su bolsillo una computadora más poderosa que las supercomputadoras actuales.
Un  grupo en Francia, coordinado por el científico Christian Joachim, está trabajando experimentalmente sobre estas cuestiones.
Este grupo se ha planteado la pregunta de cuantos átomos se necesitan para construir una computadora.
Este equipo ha podido diseñar un circuito lógico simple con 30 átomos que pueden realizar una tarea equivalente a 14 transistores, lo que de paso les ha permitido explorar la arquitectura, la tecnología y la química necesarias para realizar computación dentro de una molécula aislada e interconectar moléculas.
El grupo se está concentrando en dos arquitecturas, una que imita el diseño clásico de un circuito lógico, pero en forma atómica, incluyendo nodos, repeticiones y otras estructuras de programa, y otra, más compleja, que se basa en cambios en la estructura de la molécula para realizar los datos iniciales de los circuitos lógicos y la mecánica cuántica para realizar un programa.
Los circuitos lógicos están interconectados usando microscopios de túnel de exploración, que pueden reproducir la imagen y mover átomos individuales con resoluciones de hasta un centésimo de nanómetro, o sea una cienmillonésima de milímetro.
De paso, los investigadores han utilizado la misma técnica para construir nanomáquinas, tales como ruedas, engranajes, motores y nano-vehículos consistentes de una sola molécula.
Esta investigación se encuentra aún en un estadio experimental y seguramente tardará mucho tiempo en que pueda implementarse en la práctica. 

Los métodos de la Nanotecnología para combatir enfermedades infecciosas

Nano-hilos

Un artículo de Kelly Morris titulado “La Nanotecnología es crucial para combatir enfermedades infecciosas” de abril de 2009 da  un pantallazo del desarrollo de la Nanotecnología a los efectos de prevenir, diagnosticar y tratar enfermedades infecciosas. Los ejemplos incluyen la detección por medio de los llamados “laboratorios en un chip” y nano-hilos actuando sobre células de anticuerpos.  Se está trabajando sobre nano-métodos de prevención para eliminar bacterias  y virus basados en nano-recubrimientos que operan por contacto.
En cuanto a las técnicas terapéuticas basadas en la Nanotecnología que están en desarrollo, podemos mencionar unidades de purificación de la sangre para tratar shocks sépticos y también métodos mejorados de administración de medicamentos.
El Instituto Foresight, de Palo Alto en California, espera que la Nanotecnología vaya a ser como la biotecnología con respecto a las cuestiones de toxicidad y éticas, puesto que el público es más tolerante con respecto a los usos médicos que para otros usos, ni hablar de los usos militares y el instituto espera que la Nanotecnología aporte el sendero más promisorio para tratar las enfermedades infecciosas.

Nuevo método con nano-partículas contra el cáncer

Se están haciendo pruebas clínicas de  un método basado en la terapia de genes que mejora dramáticamente la eficiencia de la terapia convencional del cáncer en animales. Este método opera restaurando las funciones de un gen normal que provoca que células muy dañadas se autoeliminen, lo que generalmente no sucede con células cancerosas, permitiendo a éstas últimas escapar de su destrucción. La Dra. Esther Chang describe el desarrollo más reciente en ensayos humanos del primer método de nano-partículas diseñado para restaurar la función de autodestrucción a células cancerosas, mientras que tejidos normales no son afectadas en absoluto. Esta nano-partícula tiene aproximadamente el tamaño de una milésima parte de un punto impreso, puede viajar a través la corriente sanguínea. Ella está provista de un anticuerpo que toma a las células de los tumores como blanco y es capaz de localizar estas células tanto de tumores primarios como de metástasis ocultos y los provee de un gen supresor de tumores, llamado P53.

En trabajos previos, el grupo de la Dra. Chang produjo genes P53 que funcionaban en células de tumores y de metástasis en 16 tipos diferentes de cáncer, entre otros de préstata, de páncreas, melanomas, cáncer de seno, de cabeza y de cuello. La presencia de genes de reemplazo mejoró rápidamente la eficacia de la terapia de cáncer convencional. Esto implica que posiblemente el uso del gen P53 permitirá a los medicos usar una dosis menor de métodos terapéuticos con el mismo resultado, pero disminuyendo los efectos colaterales dañinos.

Otra de las virtudes de disminuir los efectos colaterales proviene del hecho de que la nano-partícula, que es en esencia sólo una pequeñísima gotita de grasa distribuida alrededor del gen, simplemente se disuelve sin dañar el sistema.

En el centro de investigación Mary Crowley Medical Research Center, dependiente de la Universidad de Baylor en Dallas, Texas se están realizando pruebas clínicas del uso de esta nano-partícula que han involucrado unos 14 pacientes de cáncer. Los resultados de estas pruebas parecen promisorios. Se esperan resultados que reduzcan la probabilidad de tumors recurrentes.

Ver: “Fat droplet nanoparticle delivers tumor suppressor gene to tumor and metastatic cells“:

Nueva punta de carbono de los microscopios atómicos

Nueva punta de monóxido de carbono de los microscopios de fuerza atómica

Un nuevo tipo de punta desarrollado por el laboratorio de Nanotecnología de la IBM en Zúrich ha permitido grabar la imagen de una única molécula.
Su medida de una molécula aislada de pentaceno usando esta punta de monóxido de carbono muestra los lazos entre los átomos de carbono en cinco anillos enlazados. También aparecen veladas imágenes de los enlaces con los átomos de hidrógeno en la periferia de la molécula.

Polución: Introducción

Polución Los átomos y moléculas que integran masas poluidas son los mismos que integran toda estructura de química orgánica. Naturalmente, se podría atacar la polución enviando también nanorobots a combatir la degeneración a nivel atómico, sacando algunos átomos y cambiando otros en las moléculas, puesto que la polución no es otra cosa que una especie de desorden de los átomos y/o las moléculas en sus estructuras. También se podría sintetizar alimentos y de esta manera combatir el hambre de zonas críticas del mundo. Evidentemente faltan aún muchos años para que los resultados de estas investigaciones sean tangibles. Det todos modos es interesante lo que está sucediendo en este área apasionante.

Cirugía y geriatría: Introducción

Cirugía y geriatría
La cirugía de la era de la nanotecnología no requeriría someterse a la agresión tremenda que significa una operación quirúrgica.
Bastaría con ingerir una píldora conteniendo miles de nanorobots que irían por el torrente sanguíneo directamente a las zonas afectadas para atacar a microorganismos dañosos y restaurar tejidos lesionados.
De la misma manera miles de nanorobots podrían reparar células envejecidas y crear otras nuevas.

Computadoras moleculares: Introducción

Computadoras moleculares
La posibilidad de producir componentes y circuitos electrónicos de tamaño atómico puede revolucionar la potencia y la memoria de las computadoras del futuro.
La cuestión del aumento de velocidad, es decir de ciclos por segundo, actualmente de unos 2.8 GHZ, o sea 2.800 millones de ciclos por segundo, es en realidad muy simple.
Como la velocidad de los electrones es del orden de la velocidad de la luz, o sea constante, se trata de aproximar los componentes. Obviamente el tiempo del viaje desde un componente a otro se reduce a la mitad si la distancia se reduce en la misma proporción.
Las distancias dentro de los componentes se reducirían al orden de los nanómetro con la consecuente disminución de los tiempos de trasmisión de datos entre ellos.
Se podría producir entonces computadoras minúsculas con una potencia enorme.

Medidas
La unidad de medida en este ámbito es el nanómetro, es decir la milmillonésima parte de un metro.
Si pusiéramos tres o cuatro átomos en línea medirían más o menos un nanómetro.
Cuando(y si) la nanotecnología pueda, como se propone, manipular y reordenar átomos individuales,va a poder teóricamente reproducir cualquier cosa, en las cantidades que se desee.
También se concluye la posibilidad de crear máquinas que se puedan copiar a sí mismas puesto que estas máquinas podrían tomar átomo a átomo y colocarlos en la misma posición..
Las áreas más importantes que se vislumbran de la nanotecnología son dentro de la informática y de la medicina.

Enlaces sobre Nanotecnología

-	Bell Labs - home page.
-	Lucent technologies - home page.
-	Overview of Nanotechnology- adapted by J. Storrs Hall from papers by Ralph C. Merkle and K. Eric Drexler.
-	What is Nanotechnology? -introduction to the nanometer-level technology. A nanometer is one billionth of a meter, or 3-4 atoms, wide. From Nanotechnology Magazine.
-	U.S. National Nanotechnology Initiative -committed to long-term nano science and engineering research; synthesis, processing, and application of nano materials; and the exploration of nanodevice concepts.
-	UK Institute of Nanotechnology - fosters, develops and promotes all aspects of science and technology where dimensions and tolerances of 0.1nm to 100nm play a critical role.
-	Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology - complete text of the book by K. Eric Drexler.
-	Nanotechnology Database -up-to-date sources of information on nanotechnology in the following areas: major research centers, funding agencies, major reports, and books.
-	www.nanorevolution.com -nanotechnology research, discussion, and message forums.
-	Brad Hein's Nanotechnology Site - deals with nanotechnology defined as precise molecule by molecule control of products and byproducts in the development of functional structures.
-	IBM Research: Nanotechnology - working on projects at the tiniest scale, exploring the manipulation of materials, and even data, at the atomic level.
-	Nanotechnology: The Coming Revolution In Molecular Manufacturing - get information on issues in molecular manufacturing, jobs and academic opportunities in the field, historyof nanotechnology, policy issues, and projected applications . From the Foresight Institute.
-	Nanotechnology Papers and Sci.nanotech Archives -hosted by Rutgers University Computer Science Department.
-	Nanotechnology - provides a brief introduction to the core concepts of molecular nanotechnology, followed by links to further reading.
-	Yahoo! Clubs: Nanotechnology