La nanotecnología es la ciencia y la tecnología de las cosas pequeñas, en particular las cosas que tienen menos de 100 nm de tamaño. Un nanómetro mide 10-9 metros o aproximadamente 3 átomos de largo. A modo de comparación, un cabello humano tiene aproximadamente 60-80,000 nanómetros de ancho.
Nanobiotecnología , bionanotecnología y nanobiología son términos que se refieren a la intersección de la nanotecnología y la biología.
Dado que el tema ha surgido recientemente, la bionanotecnología y la nanobiotecnología sirven como términos generales para varias tecnologías relacionadas.
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Esta disciplina ayuda a indicar la fusión de la investigación biológica con diversos campos de la nanotecnología. Los conceptos que se mejoran a través de la nanobiología incluyen: nanodispositivos como máquinas biológicas, nanopartículas y fenómenos de nanoescala que ocurren dentro de la disciplina de la nanotecnología. Este enfoque técnico de la biología permite a los científicos imaginar y crear sistemas que puedan usarse para la investigación biológica. La nanotecnología biológicamente inspirada utiliza sistemas biológicos como inspiración para tecnologías aún no creadas.
Sin embargo, al igual que con la nanotecnología y la biotecnología, la bionanotecnología tiene muchos problemas éticos potenciales asociados.
Los objetivos más importantes que se encuentran con frecuencia en nanobiología incluyen la aplicación de nanotools a problemas médicos / biológicos relevantes y el refinamiento de estas aplicaciones. El desarrollo de nuevas herramientas, como las nanopartículas peptoides, para fines médicos y biológicos es otro objetivo principal en nanotecnología. Los nuevos nanotools a menudo se crean refinando las aplicaciones de los nanotools que ya se están utilizando. La imagen de biomoléculas nativas, membranas biológicas y tejidos también es un tema importante para los investigadores de nanobiología. Otros temas relacionados con la nanobiología incluyen el uso de sensores de matriz en voladizo y la aplicación de nanofotónica para manipular procesos moleculares en células vivas.
Recientemente, el uso de microorganismos para sintetizar nanopartículas funcionales ha sido de gran interés. Los microorganismos pueden cambiar el estado de oxidación de los metales. Estos procesos microbianos nos han abierto nuevas oportunidades para explorar nuevas aplicaciones, por ejemplo, la biosíntesis de nanomateriales metálicos. A diferencia de los métodos químicos y físicos, los procesos microbianos para sintetizar nanomateriales se pueden lograr en fase acuosa bajo condiciones suaves y ambientalmente benignas. Este enfoque se ha convertido en un foco atractivo en la investigación actual de bionanotecnología verde hacia el desarrollo sostenible.
Aplicaciones
La nanobiotecnología es mucho más común en el sentido de que simplemente proporciona más herramientas para el estudio de la biología. La bionanotecnología, por otro lado, promete recrear mecanismos y vías biológicas en una forma que sea útil de otras maneras.
Nanomedicina
La nanomedicina es un campo de la ciencia médica cuyas aplicaciones están aumentando cada vez más gracias a los nanorobots y las máquinas biológicas, que constituyen una herramienta muy útil para desarrollar esta área de conocimiento. En los últimos años, los investigadores han realizado muchas mejoras en los diferentes dispositivos y sistemas necesarios para desarrollar nanorobots. Esto supone una nueva forma de tratar y tratar enfermedades como el cáncer; Gracias a los nanorobots, los efectos secundarios de la quimioterapia se han controlado, reducido e incluso eliminado, por lo que en algunos años, a los pacientes con cáncer se les ofrecerá una alternativa para tratar esta enfermedad en lugar de la quimioterapia, que causa efectos secundarios como pérdida de cabello, fatiga o náuseas. matando no solo las células cancerosas sino también las sanas. A nivel clínico, el tratamiento del cáncer con nanomedicina consistirá en el suministro de nanorobots al paciente a través de una inyección que buscará células cancerosas que dejen intactas a las sanas. Los pacientes que serán tratados con nanomedicina no notarán la presencia de esta nanomáquinas dentro de ellos; Lo único que se notará es la mejora progresiva de su salud.
Nanobiotecnología
La nanobiotecnología, a veces denominada nanobiología, se describe mejor como ayudar a la medicina moderna a progresar desde el tratamiento de los síntomas hasta la generación de curas y la regeneración de tejidos biológicos. Tres pacientes estadounidenses han recibido vejigas cultivadas enteras con la ayuda de médicos que utilizan técnicas de nanobiología en su práctica. Además, se ha demostrado en estudios con animales que se puede hacer crecer un útero fuera del cuerpo y luego colocarlo en el cuerpo para producir un bebé. Los tratamientos con células madre se han utilizado para corregir enfermedades que se encuentran en el corazón humano y se encuentran en ensayos clínicos en los Estados Unidos. También se financian investigaciones para permitir que las personas tengan miembros nuevos sin tener que recurrir a prótesis. Las proteínas artificiales también pueden estar disponibles para fabricar sin la necesidad de productos químicos agresivos y máquinas costosas. Incluso se ha supuesto que para el año 2055, las computadoras podrían estar hechas de bioquímicos y sales orgánicas.
Otro ejemplo de investigación nanobiotecnológica actual involucra nanoesferas recubiertas con polímeros fluorescentes. Los investigadores buscan diseñar polímeros cuya fluorescencia se apaga cuando se encuentran con moléculas específicas. Diferentes polímeros detectarían diferentes metabolitos. Las esferas recubiertas de polímero podrían formar parte de nuevos ensayos biológicos, y la tecnología podría algún día conducir a partículas que podrían introducirse en el cuerpo humano para rastrear los metabolitos asociados con tumores y otros problemas de salud. Otro ejemplo, desde una perspectiva diferente, sería la evaluación y la terapia a nivel nanoscópico, es decir, el tratamiento de nanobacterias (tamaño 25-200 nm) como lo realiza Nano Biotech Pharma.
Si bien la nanobiología está en su infancia, hay muchos métodos prometedores que dependerán de la nanobiología en el futuro. Los sistemas biológicos son inherentemente de escala nano; la nanociencia debe fusionarse con la biología para entregar biomacromoléculas y máquinas moleculares similares a la naturaleza. Controlar e imitar los dispositivos y procesos que se construyen a partir de moléculas es un desafío tremendo para enfrentar las disciplinas convergentes de la nanotecnología.
Todos los seres vivos, incluidos los humanos, pueden considerarse nanofunderies. La evolución natural ha optimizado la forma “natural” de nanobiología durante millones de años. En el siglo XXI, los humanos desarrollaron la tecnología para aprovechar artificialmente la nanobiología. Este proceso se describe mejor como “fusión orgánica con sintética”. Las colonias de neuronas vivas pueden vivir juntas en un dispositivo de biochip; según una investigación del Dr. Gunther Gross de la Universidad del Norte de Texas. Los nanotubos autoensamblables tienen la capacidad de ser utilizados como un sistema estructural. Estarían compuestos junto con rodopsinas; lo que facilitaría el proceso de computación óptica y ayudaría con el almacenamiento de materiales biológicos. El ADN como el software para todos los seres vivos) puede usarse como un sistema proteómico estructural, un componente lógico para la computación molecular. Ned Seeman, investigador de la Universidad de Nueva York, junto con otros investigadores están investigando conceptos similares entre sí.
Bionanotecnología
La nanotecnología del ADN es un ejemplo importante de bionanotecnología.
La utilización de las propiedades inherentes de los ácidos nucleicos como el ADN para crear materiales útiles es un área prometedora de la investigación moderna. Otra área importante de investigación consiste en aprovechar las propiedades de la membrana para generar membranas sintéticas. Las proteínas que se autoensamblan para generar materiales funcionales podrían usarse como un enfoque novedoso para la producción a gran escala de nanomateriales programables. Un ejemplo es el desarrollo de amiloides que se encuentran en biopelículas bacterianas como materiales de ingeniería que pueden programarse genéticamente para tener diferentes propiedades.
Los estudios de plegamiento de proteínas proporcionan una tercera vía importante de investigación, pero una que ha sido inhibida en gran medida por nuestra incapacidad para predecir el plegamiento de proteínas con un grado de precisión suficientemente alto. Sin embargo, dados los innumerables usos que los sistemas biológicos tienen para las proteínas, la investigación para comprender el plegamiento de proteínas es de gran importancia y podría ser fructífera para la bionanotecnología en el futuro.
La nanotecnología de los lípidos es otra área importante de investigación en bionanotecnología, donde las propiedades fisicoquímicas de los lípidos, como su antiincrustante y autoensamblaje, se explotan para construir nanodispositivos con aplicaciones en medicina e ingeniería.
Agricultura
Mientras tanto, la aplicación de la nanotecnología a la biotecnología tampoco dejará campo sin tocar por sus innovadoras innovaciones científicas para el bienestar humano; La industria agrícola no es la excepción. Básicamente, los nanomateriales se distinguen según el origen: nanopartículas naturales, incidentales y de ingeniería. Entre estos, las nanopartículas de ingeniería han recibido una amplia atención en todos los campos de la ciencia, incluida la tecnología médica, de materiales y agricultura con un importante crecimiento socioeconómico. En la industria agrícola, las nanopartículas de ingeniería han estado sirviendo como nanoportadores, que contienen herbicidas, productos químicos o genes, que se dirigen a partes de plantas particulares para liberar su contenido.
Anteriormente se ha informado que las nanocápsulas que contienen herbicidas penetran eficazmente a través de las cutículas y los tejidos, permitiendo la liberación lenta y constante de las sustancias activas. Asimismo, otra literatura describe que la liberación lenta de fertilizantes nanoencapsulados también se ha convertido en una tendencia para ahorrar el consumo de fertilizantes y minimizar la contaminación ambiental a través de la agricultura de precisión. Estos son solo algunos ejemplos de numerosos trabajos de investigación que podrían abrir oportunidades interesantes para la aplicación de nanobiotecnología en la agricultura. Además, la aplicación de este tipo de nanopartículas de ingeniería a las plantas debe considerarse el nivel de amabilidad antes de emplearse en las prácticas agrícolas. Sobre la base de una encuesta bibliográfica exhaustiva, se entendió que solo hay información auténtica limitada disponible para explicar las consecuencias biológicas de las nanopartículas de ingeniería en las plantas tratadas. Ciertos informes subrayan la fitotoxicidad de diversos orígenes de nanopartículas de ingeniería en la planta causadas por el tema de las concentraciones y tamaños. Al mismo tiempo, sin embargo, se informó un número igual de estudios con un resultado positivo de nanopartículas, que facilitan la naturaleza que promueve el crecimiento para tratar la planta.
En particular, en comparación con otras nanopartículas, las aplicaciones basadas en nanopartículas de plata y oro obtuvieron resultados beneficiosos en varias especies de plantas con menor o ninguna toxicidad.
Las hojas de espárragos tratadas con nanopartículas de plata (AgNP) mostraron un mayor contenido de ascorbato y clorofila. Del mismo modo, el frijol y el maíz común tratados con AgNP han aumentado el brote y la longitud de la raíz, el área de la superficie de la hoja, los contenidos de clorofila, carbohidratos y proteínas informados anteriormente.
La nanopartícula de oro se ha utilizado para inducir el crecimiento y el rendimiento de semillas en Brassica juncea.
La nanobiotecnología toma la mayoría de sus fundamentos de la nanotecnología. La mayoría de los dispositivos diseñados para uso nanobiotecnológico se basan directamente en otras nanotecnologías existentes. La nanobiotecnología se usa a menudo para describir las actividades multidisciplinarias superpuestas asociadas con los biosensores, particularmente donde convergen la fotónica, la química, la biología, la biofísica, la nanomedicina y la ingeniería. La medición en biología utilizando técnicas de guía de ondas, como la interferometría de polarización dual, es otro ejemplo.
En palabras simples:
Nanotecnología + Biotecnología = Nanobiotecnología,
La nanobiotecnología es esencialmente biotecnología miniaturizada, mientras que la bionanotecnología es una aplicación específica de la nanotecnología .
Feliz estudiando !!!
