Nanomateriales 147

La palabra nanotecnología significa literalmente cualquier tecnología hecha o 

basada en la nanoescala que tiene aplicaciones en el mundo real. Por tanto, abarca la 

fabricación  y  aplicación  de  sistemas  físicos,  químicos  y  biológicos  que  estén 

comprendidos en una escala que va desde átomos individuales o moléculas hasta 

dimensiones por debajo de la micra, incluyéndose aquellos sistemas más grandes que 

resulten de la integración de dichas nanoestructuras [1]. La nanotecnología es un 

campo multidisciplinar en el cual la Química Analítica está fuertemente implicada y 

que  se  ha  convertido  en  una  de  las  áreas  de  investigación más  importantes  e 

innovadoras para el desarrollo de nuevos sistemas analíticos [2].  Estas estructuras de 

tamaños inferiores a la micra son denominadas habitualmente como nanomateriales y 

pueden ser de tipo metálico, polimérico o cristalino. Actualmente, son objeto de un 

exhaustivo  estudio  en  múltiples  áreas  del  conocimiento  debido  a  sus  únicas 

propiedades y a su potencial aplicación para la fabricación de nuevos materiales 

compósitos, células de conversión y almacenamiento de energía, catalizadores y nano‐ 

y micro‐ dispositivos como, por ejemplo,  sensores y componentes electrónicos y 

fotoelectrónicos [3‐9]. 

Un ejemplo ilustrativo de estas novedosas propiedades lo podemos observar en 

el oro. Como es bien sabido, el oro es un metal noble, brillante, de color dorado, 

conductor, no magnético, con una estructura cúbica centrada en las caras y que funde 

a 1336 ºK. Sin embargo, cuando nos encontramos con partículas de oro del tamaño  de 

10 nm, éstas absorben en el verde tomando una tonalidad rojiza en suspensión 

acuosa,  además,  si  son  de  un  tamaño  comprendido  entre  2‐3  nm  muestran 

propiedades magnéticas y, si continuamos reduciendo el tamaño, el oro se convierte 

en un aislante eléctrico. Todo ello acompañado de un cambio en la estructura espacial 

a una simetría icosaédrica y, también, con un descenso del punto de fusión. El origen 

de dichos cambios se debe a dos fenómenos; uno, a la enorme fracción de átomos 

superficiales respecto a los interiores que hay en los nanomateriales y, otro, debido a 

un efecto cuántico, agudizándose ambos efectos a medida que se reduce el tamaño 

del material [10]. 

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Como  es  sabido,  los  átomos  de  la  superficie  tienen  menor  número  de 

coordinación o de átomos que les rodean y, por tanto, son más inestables. Este 

aspecto junto con el hecho del aumento de la relación superficie/volumen al disminuir 

el tamaño del material genera que el punto de fusión disminuya y, también, que se 

manifiestan unas notables propiedades catalíticas.  

Respecto al  efecto cuántico y aunque se escape fuera del alcance de  esta 

memoria, es preciso indicar que a medida que se reduce el tamaño de un material 

(hasta el tamaño de clusters) su distribución de orbitales moleculares se parece más a 

la de un átomo o molécula que a la del material en su conjunto, de ahí que las 

nanopartículas sean denominadas frecuentemente como quantum dots o pseudo‐ átomos, es decir, en lugar de ser una distribución continua de orbitales moleculares 

deslocalizados  o  banda  (como  en  un  metal)  estos  se  desdoblan  en  dos  niveles 

energéticos  a  medida  que  se  reduce  el  tamaño  (como  en  un  semiconductor) 

apareciendo un salto energético entre ambos niveles denominado “gap”.  Esto explica 

que materiales que eran conductores se hagan aislantes al llegar a la escala del 

nanómetro, aparezcan propiedades magnéticas y cambie la energía de ionización, la 

afinidad electrónica y la longitud de onda de absorción para estos materiales. 

Todo ello desemboca en nuevas propiedades ópticas, electrónicas, magnéticas, 

mecánicas y catalíticas pero la característica más importante de estos materiales es la 

capacidad de poder controlar y moldear su tamaño y estructura y, por tanto, las 

propiedades de dichos materiales abriendo grandes posibilidades a la hora de diseñar 

nuevos sensores y ensayos bioanalíticos [11]. 

Los nanomateriales se pueden clasificar en base a su forma geométrica en: 

• Nanopartículas; esferas de un tamaño comprendido entre 1‐50 nm. 

• Nanohilos; cilindros de diámetros en la escala del nanómetro y longitudes 

de hasta varias micras. 

• Nanotubos; cilindros huecos con tamaños similares a los nanohilos, siendo 

los nanotubos de carbonos las estructuras más representativas. 

• Nanobelts o nanorods; troncos de cono con formas similares a un bastón o 

una campana.   

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Una de las dificultades del uso de los nanomateriales es su manipulación debido 

a su pequeño tamaño. La integración de nanomateriales dentro de microdispositivos, 

el  recubrimiento  homogéneo  de  superficies  electródicas  y  la  orientación  y 

alineamiento  de  estos  nanomateriales  (para  el  caso  de  las  estructuras 

unidimensionales)  es  objeto  de  un  exhaustivo  estudio  debido  a  su  enorme 

importancia.  Hasta  la  fecha,  se  han  desarrollado  distintas  estrategias  para  la 

manipulación de dichas nanoestructuras con resultados prometedores [6] que serán 

comentados en los siguientes apartados de esta memoria. 

Por otra parte, la aplicación de todos estos nanomateriales y, en general, de la 

nanotecnología, en el campo de la microfluídica va a revolucionar los microsistemas 

analíticos. Tanto la mejora de la eficacia en la separación como de la detección ya han 

sido demostradas mediante el uso de nanomateriales [12‐15]. Nuevos diseños de 

equipos de análisis con microcanales modificados con nanoestructuras y con sistemas 

de detección, tanto electroquímicos como ópticos, integrando dichos nanomateriales 

serán cada vez más habituales en la bibliografía elevándose como una de las grandes 

tendencias para el futuro de los microsistemas analíticos.  

A  continuación,  se  hablará  de  las  propiedades,  métodos  de  fabricación  y 

aplicaciones  analíticas  más  destacadas  de  los  nanomateriales  unidimensionales 

(nanotubos de carbono y nanohilos), que han sido los utilizados y estudiados durante 

el desarrollo de esta Tesis, y, de manera más exhaustiva, sobre las aplicaciones de 

estos nanomateriales como detectores electroquímicos para sistemas miniaturizados 

de separación. Se tratarán de manera individual los aspectos más reveladores de los 

nanotubos de carbono y de los nanohilos debido a las características y propiedades 

singulares de los mismos, especialmente, de los nanotubos de carbono.