Nanoelectronic Device Metrology
The Nanoelectronic Device Metrology Project will develop the required measurement infrastructure and scientific knowledge-base to address technology barriers and enable the successful development and subsequent manufacture of next-generation information processing nanoelectronic technologies.
Nanoscale electronic devices, with components on the billionth-of-a-meter scale, represent one of the most active fields of electronics research. The Nanoelectronic Device Metrology project aims to develop new measuring techniques and standards that are crucial in the effort to develop these technologies to the point where commercial applications become feasible. The work involves determining critical measurement-taking needs, such as a reliable way to measure the electrical properties of small ensembles of molecules. Ultimately, this project will yield a toolbox of measurement methods that will allow engineers to relate the performance of nanoelectronic devices to the structures and properties of the materials of which they are made.
Description:
Throughout its history, the semiconductor industry has constantly aimed to build information-processing devices that deliver higher performance and greater information storage density, while costing less and using less power. Continuation of this trend requires new breakthroughs, and the industry is looking to move beyond the current standard of integrated circuits built using complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology.
Current CMOS-based circuits are already considered by some researchers as a type of nanoelectronics, with dimensions of a few dozen nanometers and research ongoing to shrink them further. But right now, the main challenge in moving CMOS forward is making the circuits faster, which involves determining how to regulate their power consumption.
Researchers aiming to develop the field of nanoelectronics are therefore investigating how to exploit the properties of materials at the nanoscale in order to achieve this goal.
NIST scientists are deeply involved in a wide range of nanoelectronics research. The goal of the Nanoelectronics Device Metrology (NEDM) project is a fundamental one. Project scientists are developing a total metrology package -- a set of new tools, tests, and methods for the coming age of nanoelectronics -- that will help nanotechnologies enter the marketplace more quickly. Such a large task is well suited to NIST's uniquely broad expertise and experimental capabilities.
The NEDM Project has four major goals: to develop tests and methods to accurately measure the electrical properties of small groups of molecules, ensembles that are the basis of an emerging class of minuscule circuits known as molecular electronics; to develop the metrology for research into silicon-based nanoelectronics; to develop advanced measurement techniques for the very small capacitances typical of nanoelectronic devices; and to devise measurement techniques to help with the development of organic spintronics and other alternative technologies.
Major Accomplishments:
•Created molecule assemblies on a silicon surface, a step toward CMOS-compatible molecular electronics
•Demonstrated innovative approach to fabricate high-performance silicon nanowire field-effect transistors
•Used inelastic electron tunneling spectroscopy to study a novel device called a "molecular spin-valve" that combines molecular electronics and spintronics
•Created powerful test-structures for self-assembled semiconductor nanowires
•Developed innovative, multi-purpose technique to study devices with metal/monolayer/silicon structures
•Demonstrated enhanced electrostatic control of two-dimensional nanostructures
sábado, 24 de julio de 2010
NanoSilicon Group Research [c]
Silicon technology has had a dramatic impact on the world economy over the past few years and is the driving force behind the explosion in electronic applications. There is currently no rival to silicon electronics technology and it is predicted to remain the dominant technology for the foreseeable future.
The technology has been driven by an ability to continually reduce the size of transistors within CMOS circuitary, whilst simultaneously increasing their switching speed and reducing the power consumption per element. Coupled with improvements in manufacturing technology that allow the silicon industry to reliably produce chips on dinner plate sized wafers (with 450 mm diameter wafers coming soon), this has led to exponential increases in memory density and processor speed together with an exponential decrease in cost per function. However, simple CMOS scaling can not go on for ever, so future technology generations are looking to new materials, such as silicon germanium alloys, and new architectures, such as silicon-on-insulator.
Silicon technology is also progressively moving into new applications as novel silicon-based technologies are developed, such as microsystems, silicon-based photonics, spintronics, bioMEMS and even refrigerators.
As dimensions shrink to the nanometre range, and the range of applications broadens, silicon-based technology requires increasing input from the academic community and the Warwick Nano-Silicon Group is committed to playing a central role, both in the UK and on the world stage. Most of our work is in collaborative projects with partners from UK and other European universities, advanced research institutes such as IMEC and LETI, and from industry.
Our specific expertise is in:
-Epitaxial growth of Si, SiGe alloys and Ge layers by MBE and CVD, including n- and p-type doping for both active regions and strain-tuning buffer layers
Silicon technology has had a dramatic impact on the world economy over the past few years and is the driving force behind the explosion in electronic applications. There is currently no rival to silicon electronics technology and it is predicted to remain the dominant technology for the foreseeable future.
The technology has been driven by an ability to continually reduce the size of transistors within CMOS circuitary, whilst simultaneously increasing their switching speed and reducing the power consumption per element. Coupled with improvements in manufacturing technology that allow the silicon industry to reliably produce chips on dinner plate sized wafers (with 450 mm diameter wafers coming soon), this has led to exponential increases in memory density and processor speed together with an exponential decrease in cost per function. However, simple CMOS scaling can not go on for ever, so future technology generations are looking to new materials, such as silicon germanium alloys, and new architectures, such as silicon-on-insulator.
Silicon technology is also progressively moving into new applications as novel silicon-based technologies are developed, such as microsystems, silicon-based photonics, spintronics, bioMEMS and even refrigerators.
As dimensions shrink to the nanometre range, and the range of applications broadens, silicon-based technology requires increasing input from the academic community and the Warwick Nano-Silicon Group is committed to playing a central role, both in the UK and on the world stage. Most of our work is in collaborative projects with partners from UK and other European universities, advanced research institutes such as IMEC and LETI, and from industry.
Our specific expertise is in:
-Epitaxial growth of Si, SiGe alloys and Ge layers by MBE and CVD, including n- and p-type doping for both active regions and strain-tuning buffer layers
-Structural characterisation of layers, including XRD, TEM, SIMS and ellipsometry
-Electrical characterisation of simple test structures and fully processed devices
-Magnetotransport measurements of low dimensional structures including quantum Hall effect and correlated electron systems
-Several of the research programmes that we are currently working on can be found from the links below this page
Research partnership to develop silicon nanoelectronic circuits inspired by the brain
(Nanowerk News) The Institute of Microelectronics (IME), a research institute of the Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), today announced a collaborative partnership with Stanford University to develop silicon nanowire based circuits that are inspired by the brain. The quest to come up with an artificial system organised like the biological nervous system promises to drive the future of humanoid robots and pave the way for a generation of supercomputers that can perform highly complex decision-making for gaming and defense technologies.
Under the research collaborative agreement, IME and Stanford will jointly develop silicon nanowire based neuromorphic computational elements (silicon neurons) that take advantage of the capabilities of nanowire technology. The electronics systems using neuromorphic designs aim to work like the biological nervous system. The collaboration represents a further expansion of the extensive neuromorphic computing activities at Stanford University and provides a new application opportunity for nanowire transistors developed at IME.
The partnership leverages on the relative strengths of the respective institute. IME is a leading laboratory in the fabrication of nanowire transistors, with considerable progress reported in recent years, including the demonstration of functional circuits. Stanford University, on the other hand, has a leading group in neuromorphic engineering, an approach to designing systems that work like the brain.
The joint project will be led by Dr Navab Singh, Principal Investigator of the NanoElectronics section at IME, and Associate Professor Kwabena Boahen, Director of the Brains In Silicon group at Stanford University. The project will tap Stanford University's expertise in neuromorphic design to model and design silicon neuron circuits. The circuits will be fabricated by IME using state-of-the-art nanowire technology, more specifically, the lateral gate-all-around FUSI gate transistor technology.
"The gate all around (GAA) transistors based on silicon nanowires are considered the most promising alternatives to scaling limitations of planar CMOS technology – foundation of today's electronics. Nanowire transistors offer near ideal subthreshold behaviour, low off state leakage, and high drive current – all the characteristics required to enable a highly integrated design that works with little power, much like the real brain. On the other hand, due to nanowire's structure and strong response in respect to tiny change in dimension, nanowire transistors also exhibit increased variability, strong low frequency and telegraph-style noise that are interesting to niche applications," said Dr Singh.
On the unique characteristics of nanowire transistors, Associate Professor Boahen said, "Our joint mission is to develop revolutionary architectures that would be tolerant to, or better yet, thrive under the variability and noise. Interestingly, variability and noise are key elements of a biological brain."
Professor Dim-Lee Kwong, Executive Director of IME, said, "IME's alliance with Stanford University to develop neuromorphic test circuits will be a window to the future of an emerging discipline that is expected to have a ripple effect on a broad spectrum of industries."
La revolución nano
MILIO MÉNDEZ EXPLICA CUÁLES SON LOS NUEVOS RETOS DE LA NANOTECNOLOGÍA
Emilio Méndez, director del Centro para Nanomateriales Funcionales de EE UU, no está muy convencido de que la nanotecnología, como predicen algunos, «vaya a ser la próxima ola», la parte de la ciencia que vaya a tener un mayor impacto en la sociedad. En este sentido, tampoco está seguro de que esta disciplina «vaya a ser la próxima revolución, que en todo caso será una revolución blanda y no dura».
En todo caso, se cumplan o no las expectativas sobre la nanotecnología, el premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica en 1998 repasó las que, en su opinión, van a ser las tendencias de la natotecnología. En primer lugar se refirió a los sensores y también ve un reto de futuro la explotación del silicio en la nanoelectrónica, disciplina en la que cree que «el Santo Grial es encontrar un interruptor nanomolecular».
Emilio Méndez, director del Centro para Nanomateriales Funcionales de EE UU, no está muy convencido de que la nanotecnología, como predicen algunos, «vaya a ser la próxima ola», la parte de la ciencia que vaya a tener un mayor impacto en la sociedad. En este sentido, tampoco está seguro de que esta disciplina «vaya a ser la próxima revolución, que en todo caso será una revolución blanda y no dura».
En todo caso, se cumplan o no las expectativas sobre la nanotecnología, el premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica en 1998 repasó las que, en su opinión, van a ser las tendencias de la natotecnología. En primer lugar se refirió a los sensores y también ve un reto de futuro la explotación del silicio en la nanoelectrónica, disciplina en la que cree que «el Santo Grial es encontrar un interruptor nanomolecular».
Otra tendencia de la nanotecnología, a su juicio, serán los nanomateriales inspirados en aspectos biológicos en la que la tarea a realizar será estudiar cómo utilizar las propiedades del ADN «para intentar entender qué es lo que ocurre a nivel molecular».
La nanotecnología, por otra parte, tendrá distintas oportunidades
según se plantee su evolución a corto o largo plazo. Méndez cree que a corto plazo será posible ver cómo se hace un control de nanopartículas en la industria aeronáutica y en la del automóvil. Igualmente, asegura el científico español, se verá una expansión de la industria cosmética. Una actividad en la que, asegura, empresas como L’Oreal «tiene dos veces más patentes que IBM y supera las 400 patentes en nanotecnología». Igualmente prevé un desarrollo a corto plazo de la nanotecnología en la medicina y el medio ambiente.
A medio plazo, Méndez señala que la nanotecnología tendrá una aplicación en la energía de batería «y se pondrán en marcha en breve los sensores complejos que integran nanopartículas». A largo plazo, cree que se producirán las oportunidades que revolucionarán la nanoelectrónica y la electrónica molecular».
Para el profesor Méndez, en cambio, los desafíos en el desarrollo de la nanotecnología serán conseguir que todas las nanopartículas sean iguales. No todo será tan fácil, dice, como haber consegui fabricar en grandes cantidades «el chip que llevamos en el iPod». El reto, en su opinión, es «cómo hacer material reproducible y cómo hacerlo en grandes cantidades». Otro desafío que le espera a la nanotecnología tiene un factor económico. Según este experto, tras las investigaciones realizadas en la nanociencia es la hora «de aprovecharnos más del conocimiento para hacer aplicaciones, para llevar las cosas a la práctica». En este sentido, cree que «el futuro pertenece más a los ingenieros que a los científicos».
Igualmente los posible efectos que se desprenden de los productos de la nanotecnología para la seguridad y la salud de las personas es otro desafío que hay que abordar. Según Méndez, hay que conocer bien las propiedades de los materiales. Pone como ejemplo el caso del oro, un material inerte muy adecuado para implantes pero que «cuando lo llevamos a la nanoescala es un material activo, de modo que no podemos extrapolar y cuando trabajamos con nanomateriales la industria debe poner en marcha herramientas para garantizar la seguridad y controlar las propiedades de estos materiales».
En su conferencia en NANOfutures 2010, Emilio Méndez hizo énfasis en diferenciar entre nanociencia, que definió como «el descubrimiento de los fenómenos innovadores en una escala nano», de nanotecnología, que es «la utilización práctica de esos descubrimientos en la empresa».
Una ciencia diferente
Para este experto, hay tres razones que explican «por qué la nanotecnología es diferente. En primer lugar, asegura, «porque las propiedades de los materiales son diferentes, y así, por ejemplo, podemos controlar el color». En segundo lugar, «porque cuando reducimos a escala, la superficie juega un papel clave». Y aquí puso como ejemplo la química vinculada con la catálisis porque «si aumentamos la superficie se aumenta la reactividad de algunos compuestos». Y, en tercer lugar, el valor diferenciador de la nanotecnología es que, en medicina, «permite meter partículas a través de organismos».
El profesor Méndez, por otra parte, cree que hay tres razones para que explican por qué se ha producido ahora y no hace 40 años la llamada «explosión nano», cuando la nanotecnología se descubrió en 1925. A su juicio, la microelectrónica, las nuevas herramientas para visualizar y controlar los átomos explican el auge actual de esta disciplina de la ciencia. Así como las nuevas formas de utilizar la materia. Es el caso, señala, de los nanotubos de carbono «y se ha descubierto también cómo se diseñan los cables cuánticos».
La nanotecnología, según Emilio Méndez, ya tiene una presencia en la vida diaria de las personas. Así, señala, está presente en el sector textil con prendas que llevan nanopartículas de plata. Igualmente, la nanomedicina permite, «gracias a los nanosensores ampliar el diagnóstico y curar al administrar fármacos en lugares recónditos del organismo». Llegado a este punto, Méndez elogió el «mucho trabajo que hay en Asturias en la medicina regenerativa al introducir la nanotecnología en algunos implantes».
La energía es otro sector en el que son visibles las aplicaciones de la nanotecnología. Así, Méndez habló del paso de una bombilla normal a una luz blanca basada en puntos cuánticos, que servirá para reducir el consumo de energía. Igualmente, explicó que ya es posible sustituir el cable por superconductores y «es posible alargar la fibras de nanotubos de carbono para sustituir a las líneas de transmisión eléctrica».
Respecto a la producción de energía aludió a los proyectos de energía fotovoltaica para transformr la luz solar en electricidad. En este ámbito se refirió a los estudios que se están realizando para utilizar la energía del sol para romper el agua en hidrógeno y oxígeno «para lo que necesitamos crear nuevos calatalizadores cin nuevos materiales puedan acelerar la descomposicíon del agua con la luz del sol»
según se plantee su evolución a corto o largo plazo. Méndez cree que a corto plazo será posible ver cómo se hace un control de nanopartículas en la industria aeronáutica y en la del automóvil. Igualmente, asegura el científico español, se verá una expansión de la industria cosmética. Una actividad en la que, asegura, empresas como L’Oreal «tiene dos veces más patentes que IBM y supera las 400 patentes en nanotecnología». Igualmente prevé un desarrollo a corto plazo de la nanotecnología en la medicina y el medio ambiente.
A medio plazo, Méndez señala que la nanotecnología tendrá una aplicación en la energía de batería «y se pondrán en marcha en breve los sensores complejos que integran nanopartículas». A largo plazo, cree que se producirán las oportunidades que revolucionarán la nanoelectrónica y la electrónica molecular».
Para el profesor Méndez, en cambio, los desafíos en el desarrollo de la nanotecnología serán conseguir que todas las nanopartículas sean iguales. No todo será tan fácil, dice, como haber consegui fabricar en grandes cantidades «el chip que llevamos en el iPod». El reto, en su opinión, es «cómo hacer material reproducible y cómo hacerlo en grandes cantidades». Otro desafío que le espera a la nanotecnología tiene un factor económico. Según este experto, tras las investigaciones realizadas en la nanociencia es la hora «de aprovecharnos más del conocimiento para hacer aplicaciones, para llevar las cosas a la práctica». En este sentido, cree que «el futuro pertenece más a los ingenieros que a los científicos».
Igualmente los posible efectos que se desprenden de los productos de la nanotecnología para la seguridad y la salud de las personas es otro desafío que hay que abordar. Según Méndez, hay que conocer bien las propiedades de los materiales. Pone como ejemplo el caso del oro, un material inerte muy adecuado para implantes pero que «cuando lo llevamos a la nanoescala es un material activo, de modo que no podemos extrapolar y cuando trabajamos con nanomateriales la industria debe poner en marcha herramientas para garantizar la seguridad y controlar las propiedades de estos materiales».
En su conferencia en NANOfutures 2010, Emilio Méndez hizo énfasis en diferenciar entre nanociencia, que definió como «el descubrimiento de los fenómenos innovadores en una escala nano», de nanotecnología, que es «la utilización práctica de esos descubrimientos en la empresa».
Una ciencia diferente
Para este experto, hay tres razones que explican «por qué la nanotecnología es diferente. En primer lugar, asegura, «porque las propiedades de los materiales son diferentes, y así, por ejemplo, podemos controlar el color». En segundo lugar, «porque cuando reducimos a escala, la superficie juega un papel clave». Y aquí puso como ejemplo la química vinculada con la catálisis porque «si aumentamos la superficie se aumenta la reactividad de algunos compuestos». Y, en tercer lugar, el valor diferenciador de la nanotecnología es que, en medicina, «permite meter partículas a través de organismos».
El profesor Méndez, por otra parte, cree que hay tres razones para que explican por qué se ha producido ahora y no hace 40 años la llamada «explosión nano», cuando la nanotecnología se descubrió en 1925. A su juicio, la microelectrónica, las nuevas herramientas para visualizar y controlar los átomos explican el auge actual de esta disciplina de la ciencia. Así como las nuevas formas de utilizar la materia. Es el caso, señala, de los nanotubos de carbono «y se ha descubierto también cómo se diseñan los cables cuánticos».
La nanotecnología, según Emilio Méndez, ya tiene una presencia en la vida diaria de las personas. Así, señala, está presente en el sector textil con prendas que llevan nanopartículas de plata. Igualmente, la nanomedicina permite, «gracias a los nanosensores ampliar el diagnóstico y curar al administrar fármacos en lugares recónditos del organismo». Llegado a este punto, Méndez elogió el «mucho trabajo que hay en Asturias en la medicina regenerativa al introducir la nanotecnología en algunos implantes».
La energía es otro sector en el que son visibles las aplicaciones de la nanotecnología. Así, Méndez habló del paso de una bombilla normal a una luz blanca basada en puntos cuánticos, que servirá para reducir el consumo de energía. Igualmente, explicó que ya es posible sustituir el cable por superconductores y «es posible alargar la fibras de nanotubos de carbono para sustituir a las líneas de transmisión eléctrica».
Respecto a la producción de energía aludió a los proyectos de energía fotovoltaica para transformr la luz solar en electricidad. En este ámbito se refirió a los estudios que se están realizando para utilizar la energía del sol para romper el agua en hidrógeno y oxígeno «para lo que necesitamos crear nuevos calatalizadores cin nuevos materiales puedan acelerar la descomposicíon del agua con la luz del sol»
La industria europea llevará al mercado las aplicaciones de la nanotecnología
LACE IMPULSA EN NANOFUTURES QUE LA INVESTIGACIÓN LLEGUE A LAS EMPRESAS LLEGUE A LAS EMPRESAS PARA QUE GENEREN PRODUCTOS ESTRATÉGICOS DE ALTO VALORLa Comisión Europea realizó la presentación esta semana en Gijón de NANOfutures, la Plataforma de Nanotecnología con la que el ejecutivo comunitario persigue aplicar los conocimientos de esta disciplina científica a la industria europea y propiciar así su desarrollo. Así lo manifestó el responsable de Nanociencia y Nanotecnología de la Comisión. Christos Tokamanis aseguró que «en cinco años hemos puesto las bases de NANOfutures pero a partir de ahora el objetivo no es desarrollar más tecnología, sino desarrollar la industria».
Este mensaje de la Comisión Europea a favor de fortalecer la industria a partir de los avances de la nanotecnología fue compartido también por el secretario de Innovación, Juan Tomás Hernani, y por el viceconsejero Herminio Sastre. Todos ellos se dirigieron en estos términos a los más de 450 investigadores y representantes de empresas que participaron en NANOfutures 2010, un acto para difundir la nanotecnología en Asturias organizado por la Fundación Prodintec.
Tokamanis explicó que la plataforma NANOfutures ha hecho un diagnóstico sobre «lo que necesitamos en nanotecnología» para llevarlo a las industrias y, por consiguiente, al mercado y así poder activar el crecimiento económico en Europa.
En la estrategia elaborada por la Plataforma de Nanotecnología, según el alto cargo comunitario, se ha tratado de «crear puentes» entre las industrias y los gobiernos de la UE y, a la vez, se han definido «las áreas en las que NANOfutures tiene que dar respuestas».
El plan de acción diseñado por esta plataforma parte de la base de que la nanotecnología ayudará a mejorar la competitividad. NANOfutures se plantea como objetivo «crear un proceso de creación de valor en productos estratégico llevando las aplicaciones de la nanotecnología al mercado a través de la industria».
El plan trazado persigue lograr sus objetivo entre 2010 y 2015. Razón por la que Tokamanis advierte de que «el crecimiento empresarial no va a aparecer rápidamente porque tenemos que competir con muchas tecnologías, pero NANOfutures va a proporcionar el ímpetu empresarial para que las empresas europeas, grandes y pequeñas, estén dispuestas a seguir este camino».
Para conseguir llevar al mercado los avances de la nanotecnología, el alto cargo comunitario cree que es necesario «mejorar el control y la formación de equipos en las empresas, porque tenemos islas de excelencia, pero falta desarrollar una infraestructura para crear una red de empresas que puedan desarrollar sus productos».
Además de las barreras que suponen no tener una industria que, en general, no está preparada para absorber y aplicar los avances conseguidos en el campo de la nanotecnología, Tokamanis llamó a superar «la falta de consenso entre investigación e innovación». En este sentido, pidió hacer un esfuerzo para que «el investigador traduzca sus resultados en productos». Es decir, que hay que corregir lo que ahora sucede, «que las tecnologías se desarrollan en un laboratorio y muchas veces no llegan a ningún sitio y, para que sea importante para el negocio, hay que hacer visible lo invisible y procurar que cada innovación se traduzca en algo tangible, como ocurre en EEUU y Japón, mientras que en Europa sólo ocurre en casos aislados». NANOfutures, aseguró, trata de superar «la fragmentación que hay entre I+D e innovación».
Otras de las deficiencias que ha detectado la Comisión Europea a través de la Plataforma de Nanotecnología, según Tokamanis, es que «los mercados de nanotecnología tampoco están definidos».
Entre las propuestas de la Comisión figuran las de desarrollar entornos de innovación abierta en los que participen los centros de investigación. Por otra parte, «necesitamos buenos científicos, pero no generalistas sino que tengan un conocimiento profundo en cada disciplina para que después puedan trabajar en profundidad en grupos multidisciplinares».
Para cuadrar el círculo de la reactivación de la industria europea a través de la aplicación de los avances en nanotecnología, el alto cargo de la Comisión cree que es necesario también simplificar los mecanismos de financiación, para lo que propone que «sólo una parte del dinero lo aporte la CE y el resto salga de la industria y de los estados mienbros de la UE».
Por último, Tokamanis, reconoció que pese al esfuerzo inversor que Europa está haciendo en I+D, se generan menos patentes que en EEUU y Japón y que salvo en el ámbito de la nanoelectrónica y en sectores como el aeronáutico y el del automóvil «vamos retrasados». La cuestión estriba en que «desarrollamos muchas tecnologías pero cuando llega el momento no conseguimos que el producto llegue al mercado».
Por su parte, el director de Tecnologías Industriales de la Dirección General de Investigación de la CE, Herbert Von Bose, además de llamar a ser más eficaces en la investigación ante el recorte de fondos en la UE, destacó la importancia de «aunar socios industriales» para que colaboren en el logro de los objetivos marcados por NANOfutures». En este sentido, abogó por crear alianzas de industrias, entidades académicas, regiones y países europeos para ver dónde pueden cooperar y que todos avancemos en la misma dirección».
La inversión pública
En la misma línea, el número dos del Ministerio de Ciencia e Innovación, defendió la creación de alianzas intersectoriales como vía para superar la crisis. Juan Tomás Hernani cree que NANOfutures es un buen ejemplo a seguir de lo que debe ser la colaboración público-privada. En este ámbito, pidió que no se fíe la salida de la crisis sólo a la inversión pública sino que «necesitamos que los investigadores y el sector industrial se muevan y tengan otro posicionamiento». En este objetivo, Hernani cree que NANOfutures tiene que jugar un papel clave y que se deben «invertir más recursos pero de una forma más profesional en el futuro, de modo que los resultados lleguen a la industria».
Finalmente, el viceconsejero de Ciencia y Tecnología, Herminio Sastre, se mostró de acuerdo en que Europa impulse la nanotecnología a través de plataformas para que, «a partir del trabajo en los laboratorios, las empresa puedan introducir productos innovadores y de calidad en los mercados».
Un camino, dijo, que también se está siguiendo en Asturias y cuyo rumbo se plasmará en el Plan de Ciencia Tecnologia e Innovación que está elaborando su viceconsejería. Y, añadió, una orientación que es visible en la apuesta del Gobierno regional en la creación de centros tecnológicos «en cuya actividad se demuestra que por cada euro de inversión generan tres euros, lo que demuestra que la inversión pública es rentable, estimula la actividad y nuestro tejido empresarial».
La nanoelectrónica pone sus ojos en el grafeno
El grafeno, según los científicos, será vital en los próximos años para el desarrollo de la nanoelectrónica porque tiene mejores propiedades que el silicio para desarrollar dispositivos para ordenadores en los que se puede almacenar más información. Por grafeno se entiende «cada lámina atómica que uno puede extraer del grafito, un material carbonoso cuyo modelo está formado por láminas de átomos de carbono apiladas unas sobre otras». Esta es la explicación de Juan Ignacio Paredes, un científico del Instituto Nacional del Carbón (Incar) que dirige dos proyectos de investigación para averiguar las posibilidades futuras de aplicación del grafeno.Desde que hace cinco años un equipo de la Universidad de Manchester (Inglaterra) consiguió separar y obtener láminas individuales de grafito, denominadas grafeno, numerosos grupos de investigación se han lanzado a averiguar las propiedades de este material. De momento, está demostrado que el grafeno «tiene las propiedades del grafito, como una buena conductividad térmica y eléctrica y que es muy resistente químicamente, pero unas propiedades mejoradas e incluso tiene otras como permitir el transporte de los electrones casi sin resistencia y otras características de la física fundamental que surgen debido a su naturaleza bidimensional».
El grafeno, un sólido bidimensional, según este investigador del Incar, una vez que se logró separar del grafito se pensó en utilizarlo para aplicaciones en transistores. Según Paredes, la electrónica se basa en silicio y «cada vez es más difícil optimizar las propiedades de este material porque en nanoelectrónica se buscan estructuras más pequeñas y efectivas, con altas densidades que permitan tener muchos procesos en poco espacio, de ahí que se haya pensado en sustituir el silicio en electrónica y una posibilidad puede ser el grafeno. Con la nanoelectrónica, en los dispositivos electrónicos cada vez hay más chip por centímetro cuadrado porque son más pequeños, con dimensiones nanométricas que tienen más densidad y, por tanto, más capacidad de almacenamiento, cuanto más pequeños son».
Gran parte de los estudios, pues, buscan sustituir el silicio por el grafeno. De momento, según este investigador del Incar, no se comercializan dispositivos electrónicos basados en grafeno «y puede que no se consigan antes de 10 ó 20 años, si es que al final se consigue implementarlo». Para conseguirlo, Paredes señala que antes hay que resolver conseguir separar los grafenos en grandes cantidades que permitan una producción industrial porque, en su opinión, «no basta con hacer los dispositivos electrónicos en los experimentos, sino que necesitamos producirlos en grandes cantidades para usarlos en dispositivos electrónicos como los transistores de factor de campo eléctrico».
La preparación
Hasta la fecha no se ha encontrado la manera de conseguir una producción en grandes cantidades. Continúan los estudios pero «no es fácil producirlo en escala industrial, entre otras cosas porque a veces los grafenos no tienen las características deseadas porque en los procesos de preparación se pueden introducir defectos en el material que degrada sus características».
Entre los estudios sobre el grafeno se encuentran dos que se realizan en el Incar y en los que Juan Ignacio Pareces es el investigador principal. Uno de estos proyectos lleva por título «Filmes nanoestructurados de grafeno, puros e híbridos» y está financiado por el Principado. Uno de los objetivos de este estudio es utilizar grafenos y prepararlos como absorventes de cara a un hipotético uso para el almacenamiento de hidrógeno en un coche eléctrico alimentado por una pila de combustible.
El segundo proyecto, en este caso financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, se denomina «Preparación y caracterización de nuevos materiales de carbono basados en grafenos individuales». Con este estudio se busca, a juicio de Paredes, «buscar soluciones al problema que plantea separar los grafenos de grandes cantidades para ver qué les ocurre cuando intentas prepararlos. Se trata de desarrollar técnicas y metodología que nos permita utilizarlos en grandes cantidades».
Las posibles aplicaciones de los grafenos, además de la nanoelectrónica, pasan por su utilización como componentes en células fotovoltaicas (la generación de electricidad a partir de la luz del sol) lo que es posible, según Juan Ignacio Paredes, porque «los grafenos en forma de filme son delgados, transparentes y buenos conductores».
Asimismo, las propiedades mecánicas de los grafenos hacen que se esté buscando su aplicación en los materiales compuestos. Así pues, se está estudiando su uso como refuerzo de polímeros cuyas propiedades mecánicas son bajas o malas. En el caso concreto de pizeas de aviones que están formadas por materiales compuestos rodeados por fibras de carbono «se está pensando en sustituir las fibras por grafenos porque son mejores».
Los sensores moleculares o de gases, según Paredes, son otra posible aplicación de los grafenos «porque tiene una superficie que permite una interacción de forma sensible a su ambiente «porque todos sus átomos que están en la superficie son muy sensibles a su ambiente y todos van a interaccionar con lo que está a su alrededor».
Así pues, con estas posibilidades futuras del grafeno, no es extraño que los proyectos de investigación del grafeno hayan crecido «de forma exponencial» en el último lustro.
El grafeno, que no sólo se puede obtener del grafito sino por procesos químicos, es objeto de estudio principalmente en EEUU, Inglaterra y China.
Desarrollan Biosensor que detecta células de cáncer basado en Nanotecnología
Investigadores españoles pertenecientes al Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2), acaban de patentar y publicar en la revista Analytical Chemistry la descripción de un biosensor capaz de identificar y cuantificar células cancerigenas desde una muestra biológica. Este biosensor se basa en el hecho de que las células cancerigenas sintetizan algunas proteínas (de membrana) que son propias de ellas y que no se encuentran presente en las células normales, este biosensor identifica estas proteínas a través de anticuerpos que se unen en forma específica a estas proteínas, ahora estos anticuerpos se encuentran modificados con Nanopartículas de Oro para aprovechar sus propiedades electroquímicas y así generar una señal que pueda ser detectable.
Las ventajas de este biosensor son múltiples, ya que permite la detección precoz del cáncer, y con esto la posibilidad de realizar un tratamiento exitoso, por otro lado se trata de un apárato sencillo, portable y fácil de utilizar muy similar a un glucómetro y que no necesita de personal especializado para realizarlo.
Investigadores españoles pertenecientes al Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2), acaban de patentar y publicar en la revista Analytical Chemistry la descripción de un biosensor capaz de identificar y cuantificar células cancerigenas desde una muestra biológica. Este biosensor se basa en el hecho de que las células cancerigenas sintetizan algunas proteínas (de membrana) que son propias de ellas y que no se encuentran presente en las células normales, este biosensor identifica estas proteínas a través de anticuerpos que se unen en forma específica a estas proteínas, ahora estos anticuerpos se encuentran modificados con Nanopartículas de Oro para aprovechar sus propiedades electroquímicas y así generar una señal que pueda ser detectable.Las ventajas de este biosensor son múltiples, ya que permite la detección precoz del cáncer, y con esto la posibilidad de realizar un tratamiento exitoso, por otro lado se trata de un apárato sencillo, portable y fácil de utilizar muy similar a un glucómetro y que no necesita de personal especializado para realizarlo.
Terapia génica contra el cáncer usando herramientas Nanotecnologicas
Científicos Británicos han desarrollado nanopartículas que permiten transportar genes anti cáncer hasta células tumorales en forma selectiva, sin alterar las células sanas, integrando los genes en forma exitosa, pudiendo así las células cancerosas expresar las proteínas correspondientes que ayudarían a destruir las células tumorales y de esta manera frenar el cáncer. Este experimento se realizó en ratones y se espera dentro de poco comenzar los ensayos en humanos. Esta nueva tecnología tiene una gran relevancia, ya que permitiría tratar aquellos cánceres, que por afectar organos vitales no son operables, abriendo así una nueva esperanza para una cura definitiva de este mal.
Anticuerpos artificiales basados en Nanotecnología
Los Anticuerpos son Proteínas que tienen como función el detectar y neutralizar agentes extraños al organismo, como por ejemplo Bacterias, virus, y otros microorganismos, Esta función la logran uniendose a determinadas zonas del agente extraño por lo general una proteína, la que recibe el nombre de Antígeno, esta unión se da por una complementariedad espacial de una determindada zona del anticuerpo llamada región variable con el antígeno.
Un equipo de Investigadores de Estados Unidos y Japón, han logrado sintetizar una nanopartícula hecha de un polímero sintético, que posee la especificidad y selectividad de un Anticuerpo natural, incluso funciona dentro del torrente sanguíneo en un animal vivo, este avance podría tener aplicaciones en terapias con anticuerpos, antídotos para toxinas, purificación de proteínas, etc.. además es muy interesante el hecho de que una estructura hecha en forma artificial no proteica pueda remplazar en función a una estructura biológica proteica, este es un ejemplo más de como la Nanotecnología esta entrando fuerte en al campo de la Biotecnología y Medicina.
Cesar Hernandez
19502806
Referencias
http://www.nanotecnologia.cl/anticuerpos-artificiales-basados-en-nanotecnologia/
http://www.nanotecnologia.cl/terapia-genica-contra-el-cancer-usando-herramientas-nanotecnologicas/
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