Regulación de la Nanotecnología

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Las tecnologías nuevas y emergentes ofrecen la posibilidad de un futuro más limpio, más sano y mejor. Sin embargo, los riesgos de estas tecnologías no se conocen. A medida que las sustancias químicas se hacen más pequeñas, sus comportamientos y características pueden cambiar, y determinados nanomateriales poseen propiedades que no se encuentran en sus equivalentes a tamaño natural. La forma nanométrica del oro puede ser roja o azul; el platino es inerte a tamaño natural y, en cambio, actúa como catalizador a nanoescala; etc. Estas nuevas propiedades que poseen los nanomateriales pueden dar lugar a nuevas formas de riesgo lo cual es el principal limitante para la entrada de las nanotecnologías en el mercado.

Las iniciativas de regulación para controlar el uso de la nanotecnología han sido limitadas. Hay lagunas en los actuales marcos regulatorios que hacen que la nanotecnología no esté cubierta en su totalidad. Algunas de estas lagunas existen debido a una noción equivocada de que los nanomateriales son equivalentes a sus iguales a tamaño natural. Otras lagunas se deben a que la legislación se basa en umbrales o concentraciones. Dado que la nanotecnología es la tecnología de lo diminuto, utilizar umbrales de regulación implica que la mayoría de la nanotecnología va a estar por debajo del tonelaje correspondiente o los criterios de concentración y, por lo tanto, evitará la regulación.

La regulación de la nanotecnología es difícil. A partir de 2013, por ejemplo, el Reglamento de Cosméticos de la UE exige que cualquier cosmético que contenga nanomateriales lo indique en la etiqueta. Aunque la obligación es limitada y muchas veces ineficaz.

Son muchos los esfuerzos que actualmente se están haciendo para que los riesgos asociados a la síntesis y empleo de nanomateriales queden minimizados y podemos aprovecharnos de las múltiples ventajas de la nanotecnología. Organismos e instituciones están prestando una atención preferente a esta problemática, ya que entienden que existen numerosos productos basados en nanopartículas que no llegan a alcanzar la comercialización por la reticencia de los consumidores a su empleo o por la falta de un adecuado control y de la existencia de legislación al respecto. El Gobierno Vasco por ejemplo ha lanzado un proyecto que pretende desarrollar el Centro de Competencias sobre nanotecnología. El objetivo del Centro de Competencias es el de proporcionar apoyo a las empresas y centros que estén interesados en sintetizar o emplear nanomateriales sobre la toxicidad o inocuidad de los mismos, sobre la legislación vigente y sobre qué tipo de medidas de protección ambiental, de salud y seguridad deben implantar en sus empresas para asegurar que no existe ningún riesgo. El centro es una respuesta del Gobierno al creciente interés suscitado por los nanomateriales en la sociedad.

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Los plásticos pueden autorepararse gracias a la presencia de nanopartículas

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Las aplicaciones de las nanopartículas no parece tener final. El uso de nanopartículas para reparar grietas en materiales poliméricos es un enfoque emergente, pero interesante para la creación de materiales autoreparables. Esta técnica es diferente en que no se trate de romper y volver a unir las cadenas de polímeros, como lo hacen las tecnologías de autocuración más comunes, sino que utiliza una fase de partículas dispersas para rellenar grietas y defectos que se producen.

Algunos autores indican que las nanopartículas tienen una tendencia a ser impulsado hacia el área dañada por una atracción inducida por le polímero. Una vez se ha producido la migración de partículas, el sistema puede entonces ser enfriado de modo que el recubrimiento forma una capa sólida de nanocompuesto que efectivamente repara los defectos en la superficie dañada.

El fenómeno de auto-curación de las nanopartículas ha sido explicado por Lee y colaborardores.[1] por las cadenas de polímero próximas a las nanopartículas que son estiradas y extendidas, impulsadas por la tendencia a minimizar las interacciones entre las nanopartículas poliméricas a través de la segregación de las nanopartículas en la grieta y pre-grietas, como se muestra en la figura.

Es necesaria una mayor investigación y desarrollo de este concepto para confirmar la presencia de la curación por las nanopartículas agrupadas alrededor de las grietas en sustratos gruesos, y promover el conocimiento de las características y durabilidad de las nanopartículas grietas llenas.


[1] Lee JY, Zhang QL, Emrick T, Crosby AJ. Nanoparticle alignment and repulsion during failure of glassy polymer nanocomposites. Macromolecules 2006;39:7392–6.

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Materiales antifricción basados en grafito

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Los materiales necesarios para los sistemas de contactos antifricción dependen en gran medida, por un lado, de la tendencia y la velocidad en el desarrollo tecnológico y, por otro, de las políticas medioambientales. Esta última demanda la disminución del consumo energético y las emisiones contaminantes, de forma que los materiales del futuro han de ser ligeros y autolubricados, pero con baja resistencia a la fricción y sin desgaste.

El grafito, por su estructura cristalina, tiene excelentes propiedades autolubricantes. Incluso en seco, el coeficiente de fricción entre un material de carbono/grafito y la contracara de rozamiento es comparativamente bajo, por lo que el deslizamiento entre sus caras es satisfactorio. Además posee una alta estabilidad a altas temperaturas y es inerte a gran cantidad de agentes químicos.

Los cojinetes y las juntas hidráulicas de las bombas de agua para coches que actualmente se fabrican mediante grafito de grano fino convencionales presentan serias limitaciones, tanto tecnológicas como económicas. Así, las mejores prestaciones de los materiales de grafito se consiguen en la actualidad mediante infiltración de metales o sales con la problemática que ello conlleva desde el punto de vista de la legislación ambiental y laboral.

Mediante el uso de materiales de carbono nanoestructurado se pueden conseguir componentes autolubricados que no presenten desgaste durante toda la vida de servicio del equipo y que exhiban mejores rendimientos mecánicos que los materiales tradicionalmente utilizados. Es posible, de este modo, aumentar la carga admisible por superficie hasta en un 50%, gracias al incremento que en la resistencia mecánica, dureza y tenacidad del componente.

Por otro lado el aumento en las prestaciones mecánicas permite la reducción del tamaño de los componentes con la consiguiente reducción de costes.

 

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¿Qué es la vigilancia estratégica?

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Disponer dentro de la empresa de la información apropiada, en el momento oportuno, para poder tomar la decisión más adecuada, supone la puesta en marcha de un conjunto de procesos interrelacionados, organizados convenientemente y encauzados para conseguirlo, es decir, la puesta en marcha de un sistema de vigilancia estratégica.

El proceso o procesos de vigilancia supone realizar las siguientes actividades: recogida de la información que la empresa necesita, transformación en conocimiento, valoración y distribución de la información.

Un sistema de vigilancia estratégica persigue dos objetivos fundamentales:

1. Vigilar el entorno, lo cual significa:

  • Buscar información pertinente.
  • Recoger /capturar la información útil para la empresa.
  • Analizar y validar la información recogida.

2. Explotar la información, lo cual significa:

  • Distribuir la información a quien la necesita.
  • Utilizar la información.
  • Tomar decisiones estratégicas.
  • Adaptar la actividad de la empresa a los cambios detectados.

 Para que la vigilancia estratégica sea un sistema eficaz y eficiente, se debe cumplir:

  • Que sea un sistema organizado integrado en los procedimientos habituales de la empresa. La vigilancia debe ser sistematizada mediante el uso de una metodología que permita su seguimiento y su explotación regular.
  • Que se adapte al entorno de la empresa y a su cultura.
  • Que sea focalizada, es decir, debe estar centrada en determinados aspectos de la empresa y de su entorno.

Existen diversos tipos de vigilancia: Desde un punto de vista de vigilancia estratégica (y según M. Porter), los 5 factores determinantes de la competitividad de una empresa son los siguientes:

  • Los clientes.
  • Los proveedores.
  • Los entrantes potenciales en el mercado.
  • Los productos sustitutivos.
  • Los competidores del sector.

A partir de estos factores la empresa puede organizar su vigilancia estratégica en torno a cuatro ejes:

  • La vigilancia competitiva: trata de la información sobre los competidores actuales y/o potenciales de la empresa y de aquellos con productos sustitutivos.
  • La vigilancia comercial: estudia los datos referentes a clientes y proveedores. Los aspectos comerciales que es necesario vigilar son los siguientes:
    • Los mercados.
    • Los clientes, la evolución de sus necesidades, su solvencia, etc.
    • Los proveedores, su estrategia de lanzamiento de nuevos productos, sus proveedores, etc.
    • La mano de obra en el sector.
    • Etc.
    • La vigilancia tecnológica: se ocupa de las tecnologías disponibles, de las emergentes o de las que acaban de aparecer, en la medida en que sean capaces de intervenir en nuevos productos o procesos de la empresa. Los aspectos tecnológicos que es necesario vigilar son los siguientes:
      • - Los avances científicos y técnicos.
      • - Los productos y servicios.
      • - Los procesos de fabricación.
      • - Los materiales y su cadena de transformación.
      • - Las tecnologías y sistemas de información.
      • - Etc.
      • La vigilancia del entorno: se ocupa de aquellos hechos exteriores que pueden condicionar el futuro, en áreas como la sociología, la política, el medioambiente, las reglamentaciones, las leyes, etc. Los aspectos del entorno que es necesario vigilar son los siguientes:
        • La legislación y normativa.
        • El medioambiente y la evolución de su cuidado.
        • La cultura, la política, la sociología, la economía…
        • Etc.

El termino de vigilancia estratégica engloba a los distintos tipos de vigilancia que necesita realizar una empresa.

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Nanocomposites antibacterias

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La plata ha sido históricamente utilizada para eliminar bacterias y evitar los efectos derivados de las mismas, ya sea la putrefacción de alimentos (conocido ya en la antigua Grecia), la infección de heridas o el olor proveniente de la sudoración. El mecanismo de actuación antimicrobiano de la plata consiste en la generación de iones de plata sobre la superficie de plata cuando esta entra en contacto con agua, por ejemplo durante la transpiración. Posteriormente estos iones son transportados por las moléculas de agua hasta las bacterias donde quedan fijados como consecuencia del llamado efecto oligodinámico de la plata, produciendo su precipitación e inactivación.

Mediante el empleo de nanopartículas de plata se consigue una potenciación de la actividad iónica gracias a la mayor cantidad de iones de plata que son liberados como consecuencia de la mayor área superficial expuesta. Como consecuencia se alcanza una mayor eficiencia que mediante el uso de partículas de plata convencionales, ya que permite aumentar extraordinariamente el número de iones de plata liberados reduciendo a su vez el peso de plata necesario en las fibras. Son muchas las aplicaciones en las que se pueden emplear estos efectos beneficiosos de la plata. La incorporación de nanopartículas de plata en fibras ya sea sintéticas o naturales conduce a composites con rápidos efectos antimicrobianos o anti-olor que pueden ser utilizados en prendas de hospitales que requieran de una alta esterilización o para la prevención de olor procedente de la sudoración en tapicerías de vehículos de automoción. Además, de en tejidos este tipo de nanopartículas se pueden emplear en materiales de construcción como en pinturas o cementos, lo cual puede recubrimientos capaces de ayudar en la depuración del aire en el interior de una habitación o un túnel.

 

 

 

Son ya varios los ejemplos en el mercado que encontramos basados en esta tecnología, como los calcetines producidos por la empresa AgActive. Estos calcetines se caracterizan por contener billiones de nanopartículas de plata con un tamaño medio de 25 nm que permiten mantener un mayor frescor en los pies durante mayor tiempo.

También basándose en este principio, la empresa Nanohorizons ha lanzado recientemente al mercado productos de lana con nanopartículas de plata que necesitan menores cuidados que los tejidos de lana tradicionales no sólo aumentan la vida útil de dichos calcetines sino que al demandar una menor frecuencia de lavado proporcionan el consiguiente ahorro energético.

El empleo de este tipo de nanopartículas en combinación con nanopartículas carbonosas puede resultar en materiales compuestos con una combinación de propiedades muy atractiva para ser empleado en un amplio rango de aplicaciones y resulta un campo de exploración que se está estudiando ampliamente en la actualidad.

 

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La nanotecnología también revoluciona los materials de construcción convencionales: cemento, hormigón y mortero húmedo.

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En el caso del hormigón, la combinación del ya existente buen rendimiento con la disponibilidad a bajo coste representa un fuerte desafio para cualquier aplicacion con exito de la nanotecnología.

Las nanopartículas utilizadas en los materiales cementicios y hormigón se concentran en el TiO2 y el humo de silice. Ambos aditivos, sin embargo, se utilizan en pequeñas cantidades o en un sistema bicapa y solo cuando se require específicamente por razones de rendimiento debido a los costes implicados.

El uso de estas nanopartículas introduce funcionalidades diferentes en el hormigón:

  • Mejor rendimiento: hormigones más duraderos, menor contracción, la reducción de la corrosión. Se ha estimado que más del 50% del presupuesto anual de la construccion europea se dedica a la reparacion y remodelacion de las actuales estructuras, edificios e instalaciones. A medida que las infraestructuras envejecen y el presupuesto y las restricciones de recursos para nueva construccion son cada vez mayores, esta estimacion solo puede aumentar aun mas. La reparacion del deterioro de las estructuras de hormigon armado es una parte vital de este amplio panorama. Ejemplos de productos sobre una base de humo de silice que se encuentran actualmente en el mercado son AgiliaTM ChronoliaTM y DuctalTM de Lafarge y EMACO ® Nanocrete de BASF.
  • Superficies autolimpiantes y reducción de los contaminantes del aire. En el campo de la sostenibilidad y del control de la contaminacion del medio ambiente, la I + D se centra en la posibilidad de reducir la contaminacion atmosferica procedente del tráfico con infraestructuras de TiO2 activado. Muchos compuestos, incluyendo los contaminantes del aire, se descomponen o “degradadan”, por la exposicion a la luz y, en particular, a la radiacion UV de alta energia. Este proceso natural, conocido como “fotolisis”, normalmente es muy lento.

La velocidad de reaccion sin embargo puede ser acelerada significativamente usando fotocatalizadores. En la superficie de estos fotocatalizadores se generan compuestos altamente reactivos que son capaces de oxidar los contaminantes organicos e inorganicos, por ejemplo, el monoxido de nitrogeno y dioxido de nitrogeno contenido en el aire. Ejemplos de cementos foto-cataliticos son TioCem TX Active (Heidelberg Cement), NanoGuardStone-Protect de Nanogate AG y TX Arca y Aria TX (Italcementi), que se producen como aglutinantes para una amplia gama de materiales de revestimiento, como las paredes exteriores, tuneles, pisos de hormigon, adoquines, baldosas, tejas, pinturas de senalizacion vial, paneles de hormigon, yeso y pinturas de cemento.

A continuacion se muestra el principio de funcionamiento del producto TX Active®:

Principio de funcionamiento del producto TX Active®

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Funcionalización de nanopartículas

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Después de la producción y purificacaión de las nanopartículas a un nivel satisfactorio, puede ser necesario funcionalizarlas. Este es un proceso intermedio que les prepara para ser utilizadas para ciertas aplicaciones. Las nanopartículas pueden ser funcionalizadas de muchas maneras diferentes. La mayoría de los métodos de funcionalización comúnmente usados incluyen el recubrimiento y modificación química de las mismas[1].

La funcionalización es un paso adicional que añade coste a la cadena de producción total, pero puede tener efectos tan marcados que en algunos casos es necesaria. Los principales obstáculos asociados a los métodos de funcionalización de nanopartículas son los técnicos, aunque también los altos costos asociados.

  • Recubrimiento de nanopartículas (ej. Estabilizantes, sustancias hidrofílas/-fobas)

Muchos compuestos químicos han sido identificados como materiales que podrían ser utilizados como recubrimientos de nanopartículas, incluyendo alcanotioles, polímeros y proteínas. El control de las reacciones con los grupos de pasivación y partículas es una cuestión fundamental, ya que es difícil de construir estructuras atómicas con el control químico preciso.

Las partículas metálicas son altamente oxidables, por lo tanto, es normalmente necesaria su estabilización por una capa superficial de pasivación adecuada. Una técnica prometedora podría ser la preparación de nanopartículas de núcleo/corteza, conocidas como core/shell, por diversos métodos de síntesis en fase gas como descarga por arco, etc El tratamiento de pasivación debe ser completada antes de exponer las nanopartículas al medio ambiente. El recubrimiento de las nanopartículas por diferentes sustancias hidrofilas/-fóbas es otro tema importante, que es, de acuerdo con la opinión de expertos, en estado de desarrollo.

Para aplicaciones de sensores y de imagen, los revestimientos utilizados son típicamente biomoléculas (por ejemplo, estreptavidina), que son difíciles de producir con alta pureza. El costo es improbable que se reduzca en un futuro próximo, pero esto no es necesariamente una barrera para aplicaciones de alto valor añadido, ya que las cantidades totales de recubrimiento que se requieren son pequeñas, por lo general a escala mg para los proyectos piloto. De acuerdo con la opinión de los expertos, no hay barreras técnicas importantes, aparte de garantizar un recubrimiento homogéneo. Se puede aplicar procesos químicos relativamente estándar para el recubrimiento de nanopartículas. Por ejemplo, para el recubrimiento de las nanopartículas de silicato, un aspecto clave a considerar es encontrar la química adecuada para que los silicatos sean compatible con diferentes polímeros.

  • Modificación química de nanopartículas[2]

Una cuestión clave aquí es encontrar el agente tensioactivo adecuado para modificar las nanopartículas en cuestión. En general, la modificación química de las nanopartículas requiere un paso adicional, sin embargo, actualmente están siendo desarrollados métodos in situ.

La etapa de modificación paso en por ejemplo nanopartículas de silicato es todavía bastante cara debido a la necesidad de trabajar en una solución acuosa de concentración baja para la mayoría de las modificaciones. Además, existen ciertos obstáculos ambientales. Los grandes volúmenes de disolvente que se requieren, son costosos de reciclar a escala industrial. Sin embargo, esta barrera podría superarse mediante el uso de procesos de circuito cerrado.

De acuerdo con la opinión de algunos expertos, no hay barreras técnicas importantes, porque se aplican procesos químicos relativamente estándar. En cualquier caso, la modificación depende en gran medida de la aplicación final, lo que hace difícil estimar los costos asociados.

Como ya se ha comentado, el recubrimiento específico y los procesos de modificación química a aplicar dependen en gran medida de la aplicación final, por eso es muy difícil dar una estimación concreta del costo final adicional de estos métodos de funcionalización. Sin embargo, podría ser estimada en torno al 10-50%, de acuerdo con los participantes en el panel de Delphi.


[1] Juan Pérez, Laszlo Bax, Carles Escolano, Roadmap report on Nanoparticles
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Presentadas 319 candidaturas de proyectos durante la tercera convocatoria. Primeros resultados disponibles

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La tercera convocatoria de proyectos que ha estado abierta desde el 1 de diciembre de 2011 hasta el 2 de marzo de 2012 ha recibido un total de 319 candidaturas de proyecto. Esta tercera convocatoria ha estado abierta a dos de las cuatro prioridades del Programa Operativo del Espacio SUDOE como son la Prioridad 1 (Innovación) y la Prioridad 2 (Medio ambiente). 202 candidaturas se han presentado para la Prioridad 1 (63,3 % del total) y 117 para la Prioridad 2 (36,7 %).

En el marco de esas dos prioridades, se estableció en esta convocatoria una serie de temáticas prioritarias. El montante de ayuda FEDER disponible para esta tercera convocatoria asciende a un total de 18.180.277,20 €, mientras que las 319 candidaturas de proyectos recibidas solicitan una ayuda de 280.614.256,33 euros.

Los primeros resultados de la tercera convocatoria de proyectos y próximas etapas se encuentran ya disponibles en la web del programa Interreg-SUDOE. El Comité de Programación reunido el pasado 20 de junio en Lisboa analizó las 319 candidaturas de proyectos de la tercera Convocatoria. El comité de aprobación ha decidido aprobar 3 proyectos y ha autorizado a otras 21 candidaturas a pasar a la segunda fase de la tercera convocatoria de proyectos. Si estás interesado puedes encontrar la lista de proyectos y su estado en el siguiente link: http://www.interreg-sudoe.eu/contenido-dinamico/libreria-ficheros/1CE13E3E-627F-84F9-B892-C7BFA46F5A15.pdf

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Buckypapers. Papeles de nanotubos de carbono

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Los denominados “Buckypapers” son hojas delgada hechas de un conjunto de nanotubos de carbono. Originalmente, fueron fabricados como una forma de manejar los nanotubos de carbono, pero también está siendo estudiado para ser empleado en diversas aplicaciones por varios grupos de investigación, demostrando su potencial como blindaje en vehículos blindados y la armaduras personales y para una próxima generación de pantallas electrónicas. Un Buckypaper posee una décima parte del peso del acero pero es 500 veces más fuerte cuando sus hojas se apilan para formar un compuesto. Puede dispersar el calor como el latón o acero, y conducir la electricidad como el cobre o el silicio. Los Buckypapers se puede utilizar para obtener superficies planas para televisores o aplicaciones aeronáuticas.

Los métodos comúnmente aceptados de hacer papeles de nanotubos de carbono implica el uso de tensioactivos no iónicos, tales como sulfato laurico de sodio o  Triton X-100, lo que mejora su capacidad de dispersión en solución acuosa. Estas suspensiones pueden ser filtradas bajo presión positiva o negativa para producir películas uniformes. La interacción de la fuerza de Van der Waals, entre la superficie del nanotubo y el agente tensioactivo a menudo puede ser mecánicamente fuerte y muy estable y por lo tanto no hay garantías de que todo el tensioactivo se elimine de la película de la CNT.

Con el fin de evitar efectos secundarios adversos de la posible presencia de agentes tensioactivos, un proceso de formación alternativo de los buckypapers es el método de compresión que no requieren el uso de tensioactivos o la modificación superficial. Las dimensiones se pueden controlar mediante el tamaño de la carcasa jeringa y a través de la masa de nanotubos de carbono que se añade[1].

El crecimiento de nanotubos multicapa de pared múltiple alineados ha sido empleado para la síntesis de películas de CNT a través del efecto dominó. En este proceso, “bosques” de MWCNTs son aplanados en una sola dirección, comprimiendo su orientación vertical en el plano horizontal, lo que resulta en la formación de buckypapers de alta pureza sin purificación o tratamiento adicional. En comparación, cuando un buckypaper se forma a partir de la compresión de 1 tonelada de polvo de nanotubos de carbono obtenidos mediante deposición de vapor químico, cualquier aplicación de un disolvente conduce a la hinchazón inmediata de la película hasta que esta vuelve a su estado particulado. Parece que para el polvo de CNT empleado, la compresión sola fue insuficiente para generar un buckypaper robusto lo que destaca que la metodología de crecimiento alineado genera interacciones tubo-tubo in-situ que no se encuentran en el polvo de los nanotubos y estas interacciones se conservan.


[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Frit_compression

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Impacto de la nanotecnología

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En el mercado ya existen numerosos productos basados en nanotecnología: productos médicos como hilos de sutura incluyendo nanopartículas de plata para evitar infecciones, recubrimientos con capacidad de no rayarse o de repararse a sí mismos, raquetas de tenis reforzadas con nanomateriales, tejidos antibacteria y antimanchas, cremas con nanopartículas para sol o para el envejecimiento,….Todos estos productos, según un estudio recogido por el FEDIT, la asociación de centros tecnológicos de España, supone un mercado de más de 2.5 millones de euros[1].

El impacto de las nanotecnologías en el mercado se espera que aumente hasta casi 1 trillón de euros en los próximos 10 años. En el área de los plásticos, los nanomateriales supondrán un valor de 280 billones de euros anuales. Actualmente, las aplicaciones plásticas son el mercado final de una gran parte de los nanomateriales, si bien las previsiones cuentan que para el 2020 los nanoplásticos serán la mayor sección en el mercado de los nanomateriales.

La creación de nuevas empresas es un indicador muy importante sobre el impacto económico de una nueva tecnología en el mercado global. Existen numerosas compañías que se han formado en torno a la investigación y desarrollo de nuevos productos de base nanotecnológica. En la siguiente figura se puede ver como ejemplo las compañías nanotecnológicas europeas que existían en el 2007 [2].

En el siguiente link se puede encontrar un listado más actual de las empresas de base nanotecnológica existentes en Europa: http://www.nanotech-now.com/business-by-location.htm#EUROPE y las que actualmente existen en España:http://www.nanowerk.com/nanotechnology/Nanotechnology_Companies_in_Spain.php?page=2&country=Spain&=’U

Como se deduce de los datos reportados el impacto de la nanotecnología es grande aunque existe un amplio mercado para la creación de un mayor número de empresas.


[1] La nanotecnología en los plásticos, observatorio tecnológico del sector del Plástico, Observatorio Industrial del sector Químico, Actividades 2007.
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