|
Àrees de la [[física]] com la [[nanoelectrònica]], la [[nanomecànica]] i la [[nanofotònica]] han evolucionat durant les darreres dècades per proporcionar una fonamentació científica bàsica a la nanotecnologia.
=== De simple a complex: una perspectiva molecular ===
{{Principal|Automuntatge molecular}}
La [[síntesi química|química sintètica]] moderna ha arribat al punt que és possible preparar petites [[molècula|molècules]] amb gairebé qualsevol estructura. Aquests mètodes es fan servir avui per fabricar una varietat àmplia de productes químics útils com [[fàrmacs]] o [[polímer]]s comercials. Aquesta habilitat planteja la qüestió d'estendre aquesta classe de control al nivell immediatament més gran, cercant mètodes per unir aquestes molècules úniques en [[muntatge supramoleculars|muntatges supramoleculars]] que constin de moltes molècules arranjades de manera ben definida.
Aquests enfocaments fan servir els conceptes d'[[automuntatge molecular]] i/o [[química supramolecular]] per arranjar-les automàticament cap a una conformació útil a través d'una aproximació de baix a dalt. El concepte de [[reconeixement molecular]] és especialment important: les molècules es poden dissenyar de manera que una configuració o arranjament específic sigui afavorit a causa de les forces intermoleculars [[enllaç no covalent|no covalents]]. Les regles d'[[Parell de bases|aparellament de bases]] de Watson i Crick són un resultat directe d'això, com ho és l'especificitat d'un [[enzim]] adreçat a un [[Substrat (bioquímica)|substrat]] únic, o el mateix [[Replegament proteic|plegament específic de les proteïnes]]. Així, dos o més components es poden dissenyar perquè siguin complementaris i mútuament atractius de manera que facin un conjunt més complex i útil.
Tals aproximacions de baix a dalt haurien de ser capaces de produir dispositius en paral·lel i ser molt més barates que els mètodes de dalt a baix, però potencialment podrien quedar desbordades a mesura que la mida i la complexitat desitjada dels muntatges augmenta. La majoria de les estructures útils exigeixen arranjaments complexos i termodinàmicament improbables d'àtoms. No obstant això, hi ha molts exemples d'automuntatge basats en reconeixement molecular en [[biologia]], els més notables l'[[Parell de bases|aparellament de bases de Watson-Crick]] i les interaccions entre [[Substrat (bioquímica)|substrat]] i [[enzims]]. El desafiament per a la nanotecnologia és si aquests principis es poden fer servir per idear estructures noves a més a més de les naturals.
=== Nanotecnologia molecular: una visió a llarg termini ===
{{Principal|Nanotecnologia molecular}}
La nanotecnologia molecular, a vegades anomenada fabricació molecular, és un terme que es dóna al concepte de nanosistemes construïts (màquines nanoescala) que operen a escala molecular. Està associat especialment amb el concepte de [[muntador molecular]], una màquina que pot produir una estructura desitjada o mecanisme àtom a àtom fent servir els principis de [[mecanosíntesis]]. Fabricació en el context de nanosistemes productius no es refereix a, i s'hauria de distingir clarament de, les tecnologies convencionals utilitzades per fabricar nanomaterials com [[nanotubs]] de carboni i [[nanopartícula|nanopartícules]].
Quan es va encunyar i popularitzar el terme "nanotecnologia" de forma independent per [[Eric Drexler]] (que a l'època no era conscient d'un [[Història de la nanotecnologia|ús anterior]] per [[Norio Taniguchi]]) es referia a una tecnologia de fabricació futura basada en sistemes de [[màquina molecular|màquines moleculars]]. La base era que les analogies biològiques a escala molecular de components de màquines tradicionals demostraven que les màquines moleculars eren possibles: pels incomptables exemples que es troben en biologia, se sap que es poden produir, màquines biològiques sofisticades optimitzades de manera estocàstica.
S'espera que els desenvolupaments de la nanotecnologia faran possible la seva construcció per alguns altres mitjans, potser utilitzant principis [[Biònica|biomimètics]]. Tanmateix, Drexler i altres investigadors<ref>[http://www.crnano.org/developing.htm Nanotechnology: Developing Molecular Manufacturing]</ref> han proposat que la nanotecnologia avançada, tot i que potser al començament implementada per mitjans biomimètics, en el fons podria estar basada sobre principis d'enginyeria mecànica, és a dir, una tecnologia de fabricació basada en la funcionalitat mecànica dels components (com engranatges, coixinets, motors, i components estructurals) que permetrien el muntatge posicional programable, amb especificacions atòmiques.<ref>{{ref-web|url=http://www.imm.org/PNAS.html|títol=Some papers by K. Eric Drexler}}</ref> L'actuació física i l'enginyeria de dissenys exemplars s'analitzen en el llibre de Drexler ''Nanosistemes''.
En general és molt difícil muntar mecanismes a escala atòmica, donat que tot el que hi ha per col·locar àtoms són uns altres àtoms de mida i enganxositat comparables. Una altra punt de vista, posada plantejat per Carlo Montemagno,<ref>[http://www.cnsi.ucla.edu/institution/personnel?personnel%5fid=105488 California NanoSystems Institute]</ref> és que els nanosistemes futurs seran híbrids de tecnologia de silici i màquines moleculars biològiques. Hi ha encara un altre punt de vista, avançat per [[Richard Smalley]], és que la mecanosíntesi és impossible a causa de les dificultats de manipular mecànicament molècules individuals.
Això va portar a un intercanvi de cartes a la publicació [[Chemical & Engineering News]] de la [[American Chemical Society|ACS]] el 2003.<ref>[http://pubs.acs.org/cen/coverstory/8148/8148counterpoint.html C&En: Cover Story - Nanotechnology]</ref> Encara que la biologia demostra clarament que els sistemes de màquines moleculars són possibles, les màquines moleculars no biològiques avui són només en la seva infantesa. Els líders en la recerca en màquines moleculars no biològiques són [[Alex Zettl]] i els seus col·legues als laboratoris Lawrence Berkeley i a la Universitat de California Berkeley. Han construït com a mínim tres mecanismes moleculars el moviment dels quals es controla des de la taula de treball amb un canvi de voltatge: un [[nanomotor]] nanotub, un actuador molecular,<ref>{{ref-publicació|url=http://www.physics.berkeley.edu/research/zettl/pdf/312.NanoLett5regan.pdf|doi=10.1021/nl0510659|pmid=16159214|any=2005|cognom1=Regan|nom1=BC|cognom2=Aloni|nom2=S|cognom3=Jensen|nom3=K|cognom4=Ritchie|nom4=RO|cognom5=Zettl|nom5=A|títol=Nanocrystal-powered nanomotor.|volum=5|exemplar=9|pàgines=1730–3|publicació=Nano letters}}</ref> i un oscil·lador de relaxació nanoelectromecanic.<ref>{{ref-publicació|url=http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/sabl/2005/May/Tiniest-Motor.pdf|doi=10.1063/1.1887827|títol=Surface-tension-driven nanoelectromechanical relaxation oscillator|any=2005|cognom1=Regan|nom1=B. C.|cognom2=Aloni|cognom3=Jensen|cognom4=Zettl|publicació=Applied Physics Letters|volum=86|pàgines=123119}}</ref>
Un experiment que indica que el muntatge molecular posicional és possible va ser realitzat per Ho i Lee a la [[Universitat Cornell]] el 1999. Van fer servir un [[microscopi d'efecte túnel]] per moure una molècula individual de monòxid de carboni (CO) cap a un àtom individual de ferro (Fe) que estava en un cristall pla d'argent, i van lligar químicament el CO al Fe aplicant un voltatge.
== Recerca actual ==
[[Fitxer:Sarfus.DNABiochip.jpg|thumb|Imatge [[sarfus]] d'un bioxip de DNA elaborat amb l'enfocmant de baix a dalt.]]
[[Fitxer:Achermann7RED.jpg|thumb|right|Aquest dispositiu transfereix energia des de capes primes de gruix nanometric de [[pou quàntic|pous quàntics]] a [[nanocristall]]s de damunt seu, fent que els nanocristalls emetin llum visible.<ref>[http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/2004/micro-nano/well.html Wireless nanocrystals efficiently radiate visible light]</ref>]]
=== NanomaterialsNanom ===
=== aterials[[punt quàntic|s quànti]]<nowiki/>ments funcionals ===
Això inclou subcamps que desenvolupen o estudien materials que tenen propietats singulars que sorgeixen de les seves dimensions a nanoescala.<ref>{{ref-publicació|autor=Narayan RJ, Kumta PN, Sfeir C, Lee D-H, Olton D, Choi D. |títol=Nanostructured Ceramics in Medical Devices: Applications and Prospects |publicació=JOM |volum=56 |exemplar=10|pàgines=38–43 |any=2004|doi = 10.1007/s11837-004-0289-x |pmid=11196953 |cognom1=Clarkson |nom1=AJ |cognom2=Buckingham |nom2=DA |cognom3=Rogers |nom3=AJ |cognom4=Blackman |nom4=AG |cognom5=Clark |nom5=CR}}</ref>
Aquests enfocaments procuren desenvolupar components d'una funcionalitat desitjada sense considerar com es podrien
* La ciència que estudia les [[Dispersió (química)|Dispersions]] ha portat al desenvolupament de molts materials que poden ser útils en nanotecnologia, com [[nanotub]]s de carboni i altres [[Ful·lerè|ful·lerens]], i diverses [[nanopartícula|nanopartícules]] i [[nanobarra|nanobarres]].
* Els [[nanomaterials|materials a nanoescala]] també es poden utilitzar per a aplicacions a l'engròs; moltes aplicacions comercials presents de nanotecnologia són d'aquest tipus.
* S'han fet progressos utilitzant aquests materials per aplicacions mèdiques; vegeu [[Nanomedecina]].
* Els [[nanomaterials|materials a nanoescala]] es fan servir a vegades en [[cèl·lula solar|cèl·lules solars]] que redueixen el cost de les cèl·lules solars de [[silici]] tradicionals
* Desenvolupament d'aplicacions que incorporen nanopartícules semiconductores perquè siguin utilitzades en la pròxima generació de productes, com la tecnologia de pantalles, il·luminació, cèl·lules solars i imatges biològiques; vegeu [[punt quàntic|punts quàntics]].
=== Enfocaments de baix a dalt ===
Aquests enfocament procuren arranjar components més petits en muntatges més complexes.
* La [[nanotecnologia de l'ADN]] fa servir l'especificitat de l'[[Parell de bases|aparellament de bases de Watson-Crick]] per construir estructures ben definides a partir del DNA i altres [[Àcid nucleic|àcids nucleics]].
* >Els enfocaments que sorgeixen des del camp de [[síntesi química]] "clàssica" també apunten a dissenyar molècules amb forma ben definida (per exemple [[bis peptids]]]).)<ref name="Levins">Levins CG, Schafmeister CE. ''The synthesis of curved and linear structures from a minimal set of monomers.'' Journal of Organic Chemistry, '''70''', p. 9002, 2005. {{doi|10.1002/chin.200605222}}</ref>
* De forma més general, l'[[automuntatge molecular]] procura utilitzar conceptes de [[química supramolecular]], i en particular de [[reconeixement molecular]], per fer que els components de molècula única s'arrangin automàticament ells mateixos en una conformació útil.
=== Enfocaments de dalt a baix ===
Aquests enfocaments procuren crear mecanismes més petits utilitzant-ne de més grans per dirigir el seu muntatge.
* Moltes tecnologies que són descendents dels mètodes convencionals de [[fabricació de semiconductors]] de silici d'estat sòlid per fabricar [[microprocessador]]s ara són capaços de crear característiques més petites que 100 nm, i per tant cauen en la definició de nanotecnologia. Els discs durs basats en [[magnetoresistència gegant]] ja en el mercat encaixen amb aquesta descripció,<ref>{{ref-web|url = http://www.nano.gov/html/facts/appsprod.html|títol= Applications/Products|consulta=2007-10-19 |editor= National Nanotechnology Initiative}}</ref> com també les tècniques de [[deposició de capes atòmica]] (ALD). [[Peter Grünberg]] i [[Albert Fert]] van rebre el [[Premi Nobel de física]] pel seu descobriment de la magnetoresistència gegant i les seves contribucions en el camp de la [[espintrònica]] el [[2007]].<ref>{{ref-web|url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/index.html|títol= The Nobel Prize in Physics 2007|consulta= 2007-10-19|editor= Nobelprize.org}}</ref>
* Les tècniques d'estat sòlid també es poden utilitzar per crear mecanismes coneguts com a [[sistemes nanoelectromecanics]] o NEMS, que estan relacionats amb els [[sistemes microelectromecànics]] o MEMS.
* Les puntes dels [[microscopi de força atòmica|microscopis de força atòmica]] es poden fer servir com una "capçal d'escriptura" a nanoescala per dipositar un producte químic en una superfície amb un patró desitjat en un procés anomenat [[Nanolitografia dip-pen]]. Això encaixa en el subcamp més gran de la [[nanolitografia]].
* Els [[doll de ions focalitzat|dolls de ions focalitzats]] poden eliminar material directament, o fins i tot dipositar material quan s'apliquen alhora gasos precursors adequats. Per exemple, aquesta tècnica es fa servir rutinàriament per crear seccions per davall de 100 nm de material per anàlisi en [[microscopi electrònic de transmissió]].
=== Enfocaments funcionals ===
Aquests enfocaments procuren desenvolupar components d'una funcionalitat desitjada sense considerar com es podrien muntar.
* L'[[electrònica molecular]] procura desenvolupar molècules amb propietats electròniques útils. Llavors es podrien fer servir com components de molècula única en un dispositiu nanoelectronic.<ref>{{ref-publicació|autor=Das S, Gates AJ, Abdu HA, Rose GS, Picconatto CA, Ellenbogen JC. |títol=Designs for Ultra-Tiny, Special-Purpose Nanoelectronic Circuits |publicació=IEEE Transactions on Circuits and Systems I |volum=54 |exemplar=11 |pàgines=2528–2540 |any=2007 |doi=10.1109/TCSI.2007.907864}}</ref> per un exemple veure [[rotaxà]].
* Els mètodes químics sintètics també es poden fer servir per crear el s'anomenen [[motors moleculars sintètics]], com en l'anomenat [[nanocotxe]].
=== Biomaterials ===
[[Fitxer:Martinique Beach (Salines).jpg|thumb|300px|Sorra de [[sílice]] a la platja caribenya clàssica a l'illa de Martinica - Les Salines]]
La [[biomineralització]] (per exemple la [[petrificació]]) és bastant comú al món biològic i ocorre en [[bacteris]], [[organisme]]s unicel·lulars, [[plantes]] (per exemple [[fusta petrificada]]), i [[animals]] ([[invertebrats]] i [[vertebrats]]). Els [[minerals]] [[cristal·lí|cristal·lins]] formats en aquest tipus d'ambient sovint presenten propietats mecàniques excepcionals (per exemple [[Resistència dels materials|resistència]], [[duresa]], [[tenacitat]]) i tendeixen a formar estructures jeràrquiques que presenten ordre microestructural al llarg una gamma d'escales longitudinals o espacials. Típicament els minerals es cristal·litzen a partir d'un ambient que està per davall de la saturació respecte a certs elements [[metall|metàl·lics]] com el [[silici]], el [[calci]] i el [[fòsfor]], els quals s'oxiden immediatament en condicions de pH neutre i baixa temperatura (0 - 40 graus C). La formació del mineral es pot produir dintre o a fora de la [[paret cel·lular]] d'un organisme, i hi ha reaccions bioquímiques específiques per a deposició mineral que inclouen [[lípids]], [[proteïnes]] i [[carbohidrats]]. La importància de la maquinària cel·lular no es pot exagerar, i és gràcies a avenços en tècniques experimentals en [[biologia cel·lular]] i a la capacitat d'imitar l'ambient biològic que s'estan obtenint actualment progressos significatius.
<ref>Berg, J.M. et al., '''Biochemistry''', 5th edn. (W.H. Freeman & Co., New York 2002)</ref>
<ref>Omori, M. and Watabe, N., Eds., ''Mechanisms of biomineralization in animals and plants'', Tokai University Press, Tokyo (1980)</ref>
<ref>Perry, C.C., ''Silicification: The Processes by Which Organisms Capture and Mineralize Silica'', Rev. Miner. Geochem., Vol. 54, p. 291 (2003)</ref>
<ref name="isbn0-19-504977-2">{{ref-llibre |autor=Weiner, S., and Lowenstam, H.A. |títol= On Biomineralization |editorial=Oxford University Press |lloc=Oxford [Oxfordshire] |any=1989 |pàgines= |isbn=0-19-504977-2 }}</ref>
<ref>'''Biomineralization''', Mann, S., (Oxford University Press, 2005)</ref>
<ref>{{ref-llibre|títol=Biomineralization: From Nature to Application|editor=Astrid Sigel, Helmut Sigel and Roland K.O. Sigel|editorial=Wiley|data=2008|col·lecció=Metal Ions in Life Sciences|volum=4|isbn=978-0-470-03525-2}}</ref>
[[Fitxer:PismoBeachSand.JPG|thumb|right|300px|Sorra de [[Pismo Beach]], [[Califòrnia]] conté fragments de quars, de [[Conquilla|conquilles]] i de roques diverses.]]
Els exemples inclouen [[silicats]] en [[algues]] i [[diatomees]], [[carbonats]] en [[invertebrats]], i [[fosfats de calci]] i carbonats en [[vertebrats]]. Aquests minerals sovint formen característiques estructurals com les [[Exosquelet|closques de mar]] i els [[os]]sos [[mamífers]] i [[ocells]]. Els [[organisme]]s han estat produint [[esquelet]]s mineralitzats durant gairebé 600 milions d'anys. Els biominerals més comuns són les sals de fosfat i carbonat de calci que s'utilitzen conjuntament amb polímers orgànics com [[col·lagen]] i [[quitina]] per donar força mecànica als ossos i a les closques. Uns altres exemples inclouen [[coure]], [[ferro]] i dipòsits d'[[or]] que impliquen bacteris.
<ref>{{ref-publicació|autor=Sarikaya M |títol=Biomimetics: materials fabrication through biology |publicació=[[Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.]] |volum=96 |exemplar=25 |pàgines=14183–5 |any=1999 |mes=December |pmid=10588672 |pmc=33939 |doi= 10.1073/pnas.96.25.14183|url=http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10588672}}</ref>
Així, la majoria dels materials naturals (o biològics) són compostos complexes les propietats mecàniques dels quals són sovint excepcionals, considerant els components febles dels quals estan constituïts. Aquestes estructures complexes, que han sorgit de centenars de milions d'anys d'[[evolució]], són materials que inspiren els científics interessats principalment en el disseny de materials nous amb propietats físiques excepcionals per obtenir alts rendiments en condicions adverses. Les característiques que els defineixen com la [[jerarquia]], la [[multifuncionalitat]], i la capacitat per auto reparar-se, s'estan investigant en l'actualitat.
<ref>Currey, J.D., ''Mechanical properties of mother of pearl in tension'', Proc Roy. Soc Lond B, Vol. 196, p. 443 (1997); ''The design of mineralized hard tissues for their mechanical functions'', J. Exp. Biol., Vol. 202, p. 3285 (1999)
doi=url=http://jeb.biologists.org/cgi/pmidlookup?</ref>
Els blocs constructius bàsics comencen amb els 20 [[aminoàcid]]s i continuen amb els [[polipèptids]] i [[polisacàrids]]. Aquests, al seu torn, componen les [[proteïnes]] bàsiques, que són els components primaris dels '[[teixits tous]] ' comuns a la majoria dels biominerals. Amb ben bé més de 1000 proteïnes possibles, la recerca actual emfatitza l'ús de [[col·lagen]], la [[quitina]], la [[queratina]], i l'[[elastina]]. Les fases 'dures' són sovint reforçades per minerals cristal·lins, que es [[nucleció|nucleen]] i [[Cristal·lització|creixen]] en un ambient biocondicionat que determina la mida, forma i distribució dels cristalls individuals. Les fases de silicat més importants s'han identificat com [[hidroxiapatita]], [[diòxid de silici]], i [[aragonita]]. Utilitzant la classificació de Wegst i Ashby, s'han caracteritzat últimament les principals propietats mecàniques les estructures d'un cert nombre de [[Ceràmica|ceràmiques]] biològiques, [[compòsit]]s de [[polímers]], [[elastòmers]], i materials [[cel·lular]]s. Els sistemes seleccionats en cada classe s'estan investigant amb èmfasi en la relació entre la seva microestructura respecte d'una gamma d'escales de longitud i la seva resposta mecànica.
<ref>Heuer, A.H., et al., ''Innovative Materials Processing Strategies: A Biomimetic Approach'', Science, Vol. 255, p. 1098 (1992)</ref>
<ref>Whitesides, G.M., et al., ''Molecular Self-Assembly and Nanochemistry: A Chemical Strategy for the Synthesis of Nanostructures'', Science, Vol. 254, p. 1312 (1991)</ref>
<ref>Aksay, I.A., et al., ''Self-Assembled Ceramics'', Ann. Rev. Phys. Chem., Vol. 51, p. 601 (2000)</ref>
<ref>Sarikaya, M., et al., ''Mechanical property–microstructural relationships in abalone shell'', Vol. 174, Materials Research Society (Pittsburgh, PA 1990) p. 109 </ref>
=== Prospectiva ===
Aquests subcamps procuren preveure quines invencions podria produir la nanotecnologia, o intenten proposar una agenda al llarg de la qual la investigació podria avançar. Sovint prenen una vista en perspectiva de la nanotecnologia, amb més èmfasi en les seves implicacions a la societat que en els detalls de com es podrien materialitzar de fet tals invencions.
* La [[nanotecnologia molecular]] és un enfocament proposat que implica manipular molècules singulars de maneres deterministes controlades amb precisió. Això és més teòric que els altres subcamps i està més enllà de les capacitats actuals.
* La [[nanorobòtica]] se centra en màquines autosuficients amb alguna funcionalitat que operen a nanoescala. Hi ha esperances per aplicar nanorobots en medicina,<ref>{{ref-publicació|autor=Ghalanbor Z, Marashi SA, Ranjbar B |títol=Nanotechnology helps medicine: nanoscale swimmers and their future applications |publicació=Med Hypotheses |volum=65 |exemplar=1 |pàgines=198–199 |any=2005 |pmid=15893147|doi = 10.1016/j.mehy.2005.01.023}}</ref><ref>{{ref-publicació|autor=Kubik T, Bogunia-Kubik K, Sugisaka M. |títol=Nanotechnology on duty in medical applications |publicació=Curr Pharm Biotechnol. |volum=6 |exemplar=1 |pàgines=17–33 |any=2005 |pmid=15727553}}</ref><ref>{{ref-publicació|autor=Leary SP, Liu CY, Apuzzo MLJ. |títol=Toward the Emergence of Nanoneurosurgery: Part III-Nanomedicine: Targeted Nanotherapy, Nanosurgery, and Progress Toward the Realization of Nanoneurosurgery |publicació=Neurosurgery |volum=58 |exemplar=6 |pàgines=1009–1026 |any=2006|doi = 10.1227/01.NEU.0000217016.79256.16 |pmid=16723880 |cognom1=Leary |nom1=SP |cognom2=Liu |nom2=CY |cognom3=Apuzzo |nom3=ML}}</ref> però pot no ser fàcil fer-ho a causa d'uns quants desavantatges d'aquests dispositius.<ref>{{ref-publicació|autor=Shetty RC|títol=Potential pitfalls of nanotechnology in its applications to medicine: immune incompatibility of nanodevices |publicació=Med Hypotheses |volum=65 |exemplar=5 |pàgines=998–9 |any=2005 |pmid=16023299|doi = 10.1016/j.mehy.2005.05.022}}</ref> No Obstant Això, el progrés en materials innovadors i metodologies s'ha demostrat amb algunes patents concedides sobre mecanismes de nanofabricació nous per a aplicacions comercials futures, els quals també contribueixen progressivament en el camí cap al desenvolupament de nanorobots amb l'ús de conceptes de nanobioelectronica.<ref>{{ref-publicació|autor=Cavalcanti A, Shirinzadeh B, Freitas RA Jr., Kretly LC. |títol= Medical Nanorobot Architecture Based on Nanobioelectronics |publicació=[http://bentham.org/nanotec/ Recent Patents on Nanotechnology]. |volum=1 |exemplar=1 |pàgines=1–10 |any=2007 |doi= 10.2174/187221007779814745}}</ref><ref>{{ref-publicació|autor=Boukallel M, Gauthier M, Dauge M, Piat E, Abadie J. |títol= Smart microrobots for mechanical cell characterization and cell convoying |publicació=IEEE Trans. Biomed. Eng. |volum=54 |exemplar=8 |pàgines=1536–40 |any=2007|pmid=17694877|doi = 10.1109/TBME.2007.891171}}</ref>
* La [[matèria programable]] basada en [[àtom artificial|àtoms artificials]] cerca dissenyar materials les propietats del qual es puguin controlar fàcilment, de manera reversible i externa.
== Eines i tècniques ==
[[Fitxer:AFMsetup.jpg|thumb|right|296px|Estructura típica d'un [[microscopi de força atòmica]]. Una biga microfabricada amb una punta aguda és desviada per les característiques d'una superfície de mostra, com en un [[fonògraf]] però a una escala molt més petita. Un raig [[làser]] es reflecteix a la part posterior de la biga cap a un conjunt de [[fotodetector]]s, permetent que la desviació es mesuri i es compongui per obtenir una imatge de la superfície.]]
Hi ha uns quants desenvolupaments moderns importants. El [[microscopi de forces atòmiques]] (AFM) i el [[microscopi d'efecte túnel]] (STM) són dues primeres versions de sondes d'escombratge que van engegar la nanotecnologia. Hi ha altres tipus de [[microscòpia de sonda d'escombratge]], tot va sorgir a partir de les idees del [[microscopi confocal]] d'escombratge desenvolupat per [[Marvin Minsky]] el 1961 i el [[microscopi acústic d'escombratge]] (SAM) desenvolupat per [[Calvin Quate]] i els seus col·laboradors durant els anys 1970, que fan possible veure estructures a nanoescala. La punta d'una sonda d'escombratge també es pot fer servir per manipular nanoestructures (un procés anomenat muntatge posicional). La metodologia de posicionament escombrant orientada la característica suggerida per [[Rostislav Lapshin]] sembla ser una forma que previsiblement permetrà implementar aquestes nanomanipulacions de mode automàtic. Tanmateix, això és encara un procés lent a causa de la baixa velocitat d'escombratge del microscopi. També es desenvolupaven diverses tècniques de [[nanolitografia]] com la [[nanolitografia òptica]] la [[litografia de raig X]] la [[litografia de raig d'electrons]] o la [[litografia nanoimpremta]].
Un altre grup de tècniques de nanotecnologia inclouen les que es fan servir per a la fabricació de nanofilferros, les que es fan servir en la fabricació de semiconductors com la litografia ultraviolada profunda, la litografia de raigs d'electrons, el mecanitzat per [[raigs de ions focalitzats]], litografia nanoimpremta, deposició de capes atòmica, i deposició de vapor molecular, i inclouen tècniques auto muntatge molecular com ales que fan servir copolímers dibloc. Tanmateix, totes aquestes tècniques són prèvies a l'era de la nanotecnologia, i són extensions en el desenvolupament d'avenços científics més que no tècniques ideades amb l'únic propòsit de la desenvolupar la nanotecnologia i eren resultats de la recerca en nanotecnologia.
L'enfocament de dalt a baix preveu nanomecanismes que s'han de construir peça per peça en etapes, tal com els elements que es fan a les fàbriques convencionals. La [[microscòpia de sonda d'escombratge]] és una tècnica important tant per a la caracterització com per la síntesi de nanomaterials. Els [[microscopi de força atòmica|microscopis de força atòmica]] i els [[microscopi d'efecte túnel|microscopis d'efecte túnel]] es poden fer servir per mirar superfícies i moure àtoms. Dissenyant puntes diferents per aquests microscopis, es poden fer servir per llaurar estructures en superfícies i per ajudar a guiar estructures automuntades. Actualment, és car i lent per a la producció en sèrie però molt adequat per a l'experimentació de laboratori.
Les tècniques més noves com la [[interferometria de polarització dual]] permeten als científics mesurar quantitativament les interaccions moleculars que tenen lloc a escala nanomètrica.
== Inversió ==
Alguns països en vies de desenvolupament ja destinen importants recursos a la investigació en nanotecnologia. La [[nanomedicina]] és una de les àrees que més pot contribuir a l'avenç sostenible del [[Tercer Món]], proporcionant nous mètodes de diagnòstic i cribratge de malalties, millors sistemes per a l'administració de fàrmacs i eines per al monitoratge d'alguns paràmetres biològics.
Actualment, al voltant de 40 [[laboratori]]s arreu del món canalitzen grans quantitats de diners per a la recerca en nanotecnologia. Unes 300 empreses tenen el terme ''"nano"'' en el seu nom, tot i que encara hi ha molt pocs productes al mercat.
Alguns gegants del món informàtic com [[IBM]], [[Hewlett-Packard]] (HP), [[NEC]] i [[Intel]] estan invertint milions de [[dòlar]]s a l'any en el tema. Els governs de l'anomenat Primer Món també s'han pres el tema molt seriosament, amb el clar lideratge del govern nord-americà, que per aquest any ha destinat 570 milions de dòlars a la seva ''National Nanotechnology Initiative''.
A [[Espanya]], els científics parlen de ''"nanopressupostos"''. Però l'interès creix, ja que hi ha hagut alguns congressos sobre el tema: a [[Sevilla]], a la Fundació San Telmo, sobre oportunitats d'inversió, i a [[Madrid]], amb una reunió entre responsables de centres de nanotecnologia de [[França]], [[Alemanya]] i [[Regne Unit]] a la [[Universitat Autònoma de Madrid]].
== Acoblament interdisciplinari ==
La característica fonamental de la nanotecnologia és que constitueix un acoblament interdisciplinari de diversos camps de les [[ciències naturals]] que estan altament especialitzats. Per tant, els físics juguen un important paper no només en la construcció del microscopi usat per investigar aquests fenòmens, sinó també sobre totes les [[llei científica|lleis]] de la [[mecànica quàntica]]. Assolir l'[[estructura]] del material desitjat i les configuracions de certs àtoms fan jugar a la química un paper important. En medicina, el desenvolupament específic adreçat a nanopartícules promet ajuda al tractament de certes malalties. Aquí, la [[ciència]] ha assolit un punt en què les fronteres que separen les diferents disciplines han començat a diluir, i és precisament per aquesta raó per la qual la nanotecnologia també es refereix a ser una tecnologia convergent.
Una possible llista de ciències involucrades seria la següent:
* [[Química]] (Moleculars i computacional)
* [[Bioquímica]]
* [[Biologia molecular]]
* [[Física]]
* [[Electrònica]]
* [[Informàtica]]
* [[Matemàtiques]]
== Aplicacions ==
Les presents aplicacions de la nanotecnologia són: explorar [[Volcà|volcans]], agafar informació de les missions espacials extraterrestre, simular la vida i el comportament d’[[insectes]] i altres [[animals]], portar a terme operacions elementals en ambients perillosos (radioactius, submarins, corrosius, etc.), vigilar i activar alarmes en zones de seguretat, torneigs de sumo, [[catalitzador]]s, dessalinització de l'aigua, etc.
I com a futures aplicacions: nous sensors per a la medicina, materials més lleugers per a les indústries d'aeronàutica i automòbil, aparells tan comuns com impressores, reproductors de CDs, airbags, etc.
== Ficció i Nanotecnologia ==
La nanotecnologia i la seva utilització en la ficció han atret l'atenció dels estudiosos.<ref>(en anglès) [http://www.dukeupress.edu/books.php3?isbn=978-0-8223-4265-6 ''Nanovision: Engineering the Future''] per Colin Milburn, Duke University Press, 2008 {{ISBN|0-8223-4265-0}}</ref><ref>(en anglès) [http://scx.sagepub.com/cgi/content/abstract/29/1/65 "Tiny Tech, Transcendent Tech - Nanotechnology, Science Fiction, and the Limits of Modern Science Talk"] per Daniel Patrick Thurs a ''Science Communication'', Vol. 29, No. 1, 65-95 (2007)</ref><ref>(en anglès) [http://www.hyle.org/journal/issues/10-2/lopez.htm Bridging the Gaps: Science Fiction in Nanotechnology] per José López a ''International Journal for Philosophy of Chemistry'', Vol. 10, No.2 (2004), pp. 129-152.</ref><ref>(en anglès) [http://www.nature.com/nnano/journal/v3/n4/full/nnano.2008.74.html "The Literature of Promises"] per Chris Toumey a ''Nature Nanotechnology'', Vol. 3, No. 4 (2008), pp. 180-181.</ref> El primer ús dels conceptes de tipus nanotecnològics el trobem en la conferència titulada "There's Plenty of Room at the Bottom", exposada pel físic Richard Feynman el 1959.
El llibre de K. Eric Drexler ''Engines of Creation'' publicat el 1987, i anteriorment mencionat, presentà al públic en general el concepte de la nanotecnologia. Des de llavors, la nanotecnologia ha estat utilitzada amb freqüència, i en una àmplia gamma d'exemples, en la ficció, actuant sovint com a justificació de fets i coses inusuals i, fins i tot, desgavellades que apareixen en la ficció especulativa.<ref name="bly">Bly, Robert W., 2005, ''The Science In Science Fiction: 83 SF Predictions that Became Scientific Reality'', BenBella Books, Inc., {{ISBN|1-932100-48-2}}.</ref>
=== Exemples notables ===
Arthur C. Clarke, en el relat curt ''The Next Tenants'' ("Els propers arrendataris") de 1956, descriu màquines petites que operen en microescala (una milionèsima d'un metre). Tot i, tècnicament, no es escala nanomètrica (mil milionèsima d'un metre), les màquines són el primer exemple fictici dels conceptes que són associats amb la nanotecnologia. El 1969 Robert Silverberg, en el relat curt ''How It Was when the Past Went Away'', la nanotecnologia s'utilitza en la construcció dels altaveus estèreo.<ref name=bly/>
La Novel·la ''Prey'' de Michael Crichton fou un dels primers llibres temàtics vers nanotecnologia que tingué àmplia difusió,<ref name="schwarz">Schwarz, James A., Contescu, Cristian I., Putyera, Karol, 2004, ''Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology'', CRC Press, {{ISBN|0-8247-5050-0}}.</ref> l'argument de la novel·la versa entorn un eixam de nano-robots, de mida molecular, que desenvolupen la intel·ligència convertint-se en una amenaça a gran escala.
La novel·la ''The Lazarus Vendetta''("La Vendetta Llàtzer") de Robert Ludlum, també se centra al voltant de la nanotecnologia, centrant-se principalment en la seva capacitat per curar el càncer.
La nanotecnologia també apareix en diferents sèries televisives, així és present en les sèries ''Stargate SG-1'' i ''Stargate Atlantis'', prenent la forma dels Replicadors i els Asura, respectivament. La sèrie de ''Trinity Blood'' compta amb unes nanomàquines trobades a Mart (nomenades nanomàquines Krusnik), que estan presents en el cos de la protagonista (Abel Nighroad) i s'alimenten de les cèl·lules dels vampirs. Dins de l'univers de [[Star Trek]], de [[Star Trek: La nova generació]] en endavant, els [[Borg]] empren nanomàquines, anomenades nanosondes, per assimilar els individus en el seu col·lectiu. En la nova versió de la sèrie ''Knight Rider'', i la pel·lícula, la nanotecnologia és incorporada al Knight Industries Three Thousand (KITT), el que li permet canviar el color i fins i tot la forma, així com proporcionar funcions com per exemple la regeneració de si mateix.
A la sèrie de televisió ''[[Red Dwarf|El Nan Roig]]'' (Red Dwarf), els "nanobots" tenen un paper important en la trama de l'última entrega de la sèrie de tres.
En els videojocs la nanotecnologia és present en les successives versions de ''Metal Gear Solid'', a ''Red Faction'', ''Crysis'', la sèrie ''Ratchet & Clank'' i ''Deus Ex'' per exemple.
A la sèrie [[manga]] ''Battle Angel Alita: Last Order'', el risc i el control de la nanotecnologia és el motor de la història.
A la pel·lícula ''The Day the Earth Stood Still'' (2008), el robot al·lienígena anomenat "Gort" es desintegra en un núvol de nanobots autorreplicants per tal de devorar la terra i les seves formes de vida en segons.
== Vegeu també ==
* [[Nanoenginyeria]]
* [[Nanobiotecnologia]]
| 