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La nanociencia y las nanotecnologías (NT) tienen un enorme potencial para mejorar la competitividad y el desarrollo sostenible en una amplia gama de sectores industriales

METROLOGÍA Y NANOTECNOLOGÍA

17 de Junio de 2021

La nanociencia y las nanotecnologías (NT) tienen un enorme potencial para mejorar la competitividad y el desarrollo sostenible en una amplia gama de sectores industriales, incluidos los de electrónica, energía, cosmética, medicina, defensa y alimentación y agricultura. El mercado de las NT se puede segregar en nanomateriales, nanoherramientas y nanodispositivos.

Se ha pronosticado que la industria mundial de las NT crecerá hasta alcanzar los 75.800 millones de dólares en 2021. Algunas de las aplicaciones de NT incluyen recubrimientos, productos farmacéuticos, cuidado de la salud, catalizadores, cerámica avanzada, cosméticos, protectores solares, celdas solares, baterías, salud ocupacional y seguridad de los trabajadores, seguridad ambiental, dispositivos médicos y alimentos.

En la actualidad, la percepción pública de las NT relacionadas con la Salud, la Seguridad y el Medio Ambiente (SSMA), es un factor crítico que debe abordarse. Se prevé que la nanometrología como herramienta permitirá a la industria cumplir con las regulaciones para proteger a la fuerza laboral y al público en general y demostrar si las NT son seguras con respecto a SSMA y proporcionará una plataforma para el desarrollo responsable de NT.

Se generarán posibles brechas en los regímenes regulatorios descentralizados y fragmentados de todo el mundo, aunque se considera adecuado que para regular el impacto que tendrá la NT debe existir un consenso general para un enfoque de gobernanza de las NT integrado internacionalmente para abordar los aspectos éticos, legales y sociales de las NT.

El requisito de medición de las NT ha llevado al desarrollo de la nanometrología, un habilitador clave para el avance de la nanociencia y la explotación de las NT. La nanometrología debería significar la medición de fenómenos fisicoquímicos por medios de técnicas avanzadas en la nanoescala. El concepto de precisión debe relacionarse con los fenómenos fisicoquímicos que miden, no solo una variable sino múltiples variables de manera simultáneas.

Los programas de nanometrología implican el establecimiento de estándares físicos y químicos e instrumentos capaces de establecer la trazabilidad de las mediciones, utilizando diferentes métodos como por ejemplo la medición por longitudes de onda ópticas de luz conocidas, hasta mediciones nanométricas a través de una cadena de comparaciones. Se está desarrollando actualmente un microscopio de Sonda de Barrido Metrológico (SPM) para calibrar artefactos como rejillas y patrones de altura de paso, directamente en términos de longitudes de onda ópticas. Estos artefactos se utilizarían luego para calibrar una amplia gama de estándares e instrumentos utilizados en la comunidad de NT, como SPM, microscopios electrónicos y otros estándares y/o materiales de referencia. La trazabilidad internacional se establece mediante intercomparaciones entre los sistemas de medición que tienen los Institutos Nacionales de Metrología en cada país.

Para las mediciones químicas en el Sistema Internacional de unidades se debe relacionar con el Mol, por lo que la trazabilidad generalmente se logra a través de Materiales de Referencia Certificados y Métodos de Referencia. El Comité Consultivo de Cantidad de Sustancia (CCQM) realiza comparaciones internacionales para establecer la equivalencia entre las mediciones realizadas por los Institutos Nacionales de Metrología. Un programa de nanometrología deberá coordinar el desarrollo de pruebas de seguridad físico-químicas. Es importante destacar que dentro de la ISO existe un comité Técnico el ISO TC229 a través de NT-001 que juega un papel muy importante, y también participa activamente en los programas de APEC y VAMAS.

Los desafíos de la nanometrología incluyen poder medir cualquier propiedad física o química de estructuras y dispositivos en tres dimensiones a escala nanométrica. En la actualidad, muchas mediciones son efectivas en dos dimensiones y, a menudo, existe un equilibrio entre la sensibilidad de la medición y la resolución espacial; asegurar que los resultados de las mediciones se expresen en unidades acordadas internacionalmente y que las incertidumbres de las mediciones se conozcan y sean comparables a las distancias interatómicas; a menudo, los instrumentos de medición no existen para cubrir el rango completo de valores de medición, y algunos problemas de medición se encuentran entre los rangos de los instrumentos disponibles donde no hay superposición. Esto es especialmente cierto para la región de transición entre la metrología a microescala y a nanoescala; y para recopilar múltiples parámetros, por ejemplo, datos químicos, espaciales y mecánicos simultáneamente. Esto podría lograrse integrando técnicas de medición en un SPM multitarea con puntas funcionalizadas capaces de proporcionar datos espectroscópicos con resolución nanométrica.

Finalmente, dentro del contexto regulatorio internacional, el grupo de nanometrología tiene como objetivo permitir decisiones y revisiones regulatorias basadas en evidencia, facilitando una medición precisa y confiable, así como para facilitar estándares armonizados, lo cual conllevará a un beneficio para todos los utilicen la NT.

Fuente: Ing. Q. William Guin (william.guin@inn.cl)

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