La Nanotecnologia

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¿Qué es la nanotecnología?
La idea de los científicos que desarrollan proyectos nanotecnologicos no solo aspira a la ubicación de átomos a nivel individual, sino a la creación de maquinas moleculares capaces de crear, átomo a átomo, todo lo que hoy nos rodea o lo que deseemos tener en el futuro. En las palabras del propio Eric Drexler: “Puestos en orden de una manera, los átomos componen aire, tierra, agua. Con otro diseño, los átomos forman unas fabulosas fresas frescas.”
En esta grafica se ve la forma como deben colisionar los átomos para hacer las estructuras
Suena fantástico. Si aprendemos a diseñar la distribución atómica como lo hace la naturaleza podemos establecer un inesperado e inimaginado control sobre la materia que nos rodea. O sobre nuestros cuerpos. Por ejemplo, podríamos darle un giro inverso al proceso de envejecer colocando los átomos de forma inversa. Volver a la juventud simplemente cambiando el diseño de nuestros moléculas…
Ensamblaje molecular:
Para llegar ahí, hay que crear maquinas de ensamblaje molecular, que a su vez crearan otras mayores. Este proceso sigue hasta que las maquinas de ensamblaje quedan configurar el producto final, utilizando como única materia prima cantidades amorfas de los átomos necesarios. Por ejemplo, seres humanos utilizarían dentro de su cuerpo maquinas moleculares de proteínas y enzimas que llevan a cabo funciones de nivel nano e incluso sub-nano.
La nanotecnologia es todavía altamente teórica. Para apreciar lo pequeño que es un átomo: un átomo es un 1/10.000 del tamaño de una bacteria, a su vez un 1/10.000 del tamaño de un mosquito.
Composición de nanoengranajes:
Estas nanoestructuras están completamente construidas de átomos de Carbón. Los diferentes colores en la estructura son usados únicamente para clarificar la simulación de la dinámica molecular. Estas estructuras fueron construidas en dos partes, primero el engranaje y luego la columna. Esta estructura fue construida en el centro Naval de investigación de los Estados Unidos, utilizando reglas estándares para formas superficies cerradas.El calculo utilizado fue :
numero_pentagonos - numero_heptagonos - 2*numero_octagonos = 12
Para producir este engranaje se usaron cuatro pentágonos en la punta un diente y un octágono entre la esquina adyacente y la del pentágono. Este posicionamiento de los polígonos nos da 24 pentágonos y 6 octágonos que si los ponemos en laecuación dada nos daría:
24 - 2*6 = 12
Satisfaciendo la regla para generar una superficie cerrada.Al lado de estos engranajes se ponen las columnas apropiadas. En este caso una parte de un cilindro hecho con grafito. Para unir estas columnas al engranaje se requiere de un cilindro de forma simétrica al engranaje.
La Nanotecnologia molecular da la posibilidad de desmembrar las moléculas, átomo por átomo, para luego transportarlos a velocidades cercanas a la de la luz y construir la misma molécula pero en otra parte; incluyendo por supuesto las moléculas biológicas humanas.
Por otra parte, se encuentra la aplicación de esta tecnología en la medicina no intrusiva o aquella que no utiliza los métodos tradicionales. Por ejemplo, con esta herramienta no es necesario someter al paciente a una complicada operación, sino que pueden emplearse robots inmersos en la corriente sanguínea que podrán operar a control remoto. También la nanotecnologia Serra de gran ayuda en la creación de dispositivos sintético-biológicos y otros adelantos en este campo.
Algunos usos de Nanotecnologia:
La Miniaturización:
La reducción de los componentes electrónicos, conocida también como nanotecnologia, (Drexler, 1993: 20-25) cercana a las dimensiones correspondientes a 10-9 o 10-13 es un elemento que le ha permitido a la computadora concretar su proceso de difusión. El objetivo fundamental de este proceso es incrementar su portabilidad, su autonomía, en suma su movilidad, conmutabilidad y oportunidad. Como un resultado que busca su adaptación forzosa a las necesidades de espacio y de tiempo de la vida moderna.
El proceso de fabricación de computadoras ha pasado con velocidad vertiginosa de los sistemas operados con válvulas de vació (conocidas como bulbos o ampollas de vació); a los semiconductores tradicionales (conocidos como transistores de tipo PNP o NPN); de ahí a los sistemas creados con base en circuitos integrados y por ultimo a los microprocesadores que realizan procesos de manera paralela.
Desde los anos sesenta que fue la década en la que se crearon los primeros circuitos integrados; el numero de componentes electrónicos alojados en los “chips” se ha duplicado casi anualmente - como dato promedio -. Aunque no se puede ubicar aquí la frontera en esta área tecnológica. El surgimiento de nuevos materiales y tecnologías permiten visionar el desarrollo de computadoras que operen con pequeños impulsos eléctricos o electroquímicos o simplemente con agua.
Crea maquina microscópica capaz de manipular cadenas de ADN:
Un equipo de científicos ha armado una pieza móvil de unas pocas hebras de ácido dioxirribonucleico, y dice que se trata del primer paso hacia la construcción de “maquinas” ultramicroscópicas que algún día podrían ejecutar en espacios microscópicos tareas tan complejas como fabricar circuitos electrónicos y despejar vasos sanguíneos obstruidos en el cerebro. La pieza en forma de gozne, a la que es posible mover a voluntad, tiene apenas cuatro diez milésimas del espesor de un cabello humano.
El nuevo experimento no representa la primera vez que los científicos han armado piezas móviles a partir de compuestos químicos. Pero los ejemplos anteriores han tenido el defecto de ser harto flácidos. Sin embargo, el artefacto de ADN es particularmente rígido y ejecuta movimientos 10 veces mayores, dijo Nadrian C. Seedman, director del equipo de investigador.
El artefacto fue armado uniendo dos espirales bifurcadas de ADN con un puente de ADN. Parte de la estructura se retuerce cuando se le aplica una cierta solución química.
Un grupo de cinco científicos de Colombia, Alemania, Estados Unidos, Inglaterra y Corea, desarrollaron una técnica que permite almacenar mil veces mas información en un disco duro de un computador mucho mas pequeño que uno tradicional.
El disco duro de una computadora esta hecho con base en capas delgadas magnéticas, normalmente elaboradas con hierro y cromo, que permite almacenar la información. El disco duro de una computadora personal convencional tiene un diámetro de siete centímetros.
La nueva técnica, perfeccionada en Estados Unidos, por científicos de varios países, consiste en cambiar la composición del disco duro convirtiendo las capas en puntos magnéticos del tamaño de una millonésima parte de un milímetro, lo que implica que diez millones de puntos magnéticos, colocados uno seguido del otro, sin dejar espacio, ocuparían solo un centímetro de longitud.
Con esta herramienta tecnológica, en un centímetro lineal de puntos magnéticos que equivalen al tamaño de la cabeza de un alfiler, se podrá acumular mas información que un disco duro convencional. El ínfimo tamaño de los puntos magnéticos, elaborados con base en átomos de níquel o cobalto, con aleaciones de hierro, es tal que solo se mide en manómetros, de ahí que esta tecnología reciba el nombre de nanotecnologia.
La nanotecnologia esta reemplazando a la microelectrónica por que aumenta la fiabilidad de la información que guarda, la capacidad de almacenar y disminuye ostensiblemente el tamaño de cualquier componente o equipo tecnológico.
La introducción de la Nanotecnologia en los adhesivos:
Desde su introducción, la tecnología de One-Bottle-Bond™ (adhesivo monocomponente) en Prime&Bond ha producido excelentes resultados. Como breve resumen, base nombrar la Alta tasa de retención, una calidad marginal excelente, ausencia de decaimientos recurrentes y unas propiedades del manejo excelentes.
La tradición de innovación en este adhesivo continua hoy con la incorporación a su formula de nanoparticulas. Estas partículas de carga de escala nanometrica son 100 veces mas pequeñas que las partículas de relleno tradicionales incorporados en composites o compomeros para aumentar su resistencia. Estas pequeñas partículas refuerzan significativamente el adhesivo manteniendo sus propiedades esenciales de alto rendimiento adhesivo.
Las nanoparticulas tienen el tamaño perfecto para penetrar entre los típicas micro retenciones creadas por el grabado ácido al igual que entre los mas pequeños tubulos dentinarios. El tamaño de la partícula es aproximadamente 7 nanometros (un nanometro es igual a 1/1000 micras). Una vez allí, estas diminutas partículas refuerzan los componentes naturales de la dentina mientras se crea el ambiente adecuado para una perfecta unión entre la sustancia del diente y el material restaurador.
Extraído de Narod
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Los problemas de la nanotecnología
Silvia Ribeiro - Grupo ETC
Gracias a Paul por dejarlo como comentario en el artículo “¿Qué es la nanotecnología?.
Las nanotecnologías prometen beneficios de todo tipo, desde aplicaciones médicas nuevas o más eficientes a soluciones de problemas ambientales y muchos otros; sin embargo, la mayoría de la gente todavía no sabe de qué se trata.
Las nanotecnologías son un conjunto de técnicas que se utilizan para manipular la materia a la escala de átomos y moléculas. Nano es una medida, no un objeto. A diferencia de la biotecnología, donde “bio” indica que se manipula la vida, la nanotecnología habla solamente de una escala.
Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro. Para comprender el potencial de esta tecnología es clave saber que las propiedades físicas y químicas de la materia cambian a escala nanométrica, lo cual se denomina efecto cuántico. La conductividad eléctrica, el color, la resistencia, la elasticidad, la reactividad, entre otras propiedades, se comportan de manera diferente que en los mismos elementos a mayor escala.
El oro se ve amarillo a simple vista mientras que las nanopartículas de oro son rojas. El dióxido de titanio que se usa desde hace décadas como protector solar y aditivo alimentario es blanco, pero a nanoescala es transparente. El grafito que encontramos en los lápices se compone solamente de átomos de carbono y es muy blando, pero los mismos átomos de carbono, estructurados como nanotubos (llamados fulerenos), forman materiales más resistentes que el acero y mucho más livianos.
Las aplicaciones más usadas comercialmente a escala mundial son las nanopartículas -fabricadas para cambiar las propiedades que tienen esos elementos a mayor tamaño o combinarlas con otros materiales otorgándole nuevas propiedades- y las nanocápsulas, pequeños contenedores de sustancias para su liberación controlada, por ejemplo en administración de medicamentos, cosméticos, o agrotóxicos, que no se liberan hasta entrar en contacto con ciertos tejidos en humanos, animales o plantas.
En el mercado ya existen cerca de 475 productos que usan nanotecnología: protectores solares, cosméticos, aditivos alimentarios, plaguicidas, textiles (por ejemplo en camisas y pantalones), barnices, recubrimientos y membranas que se aplican a artículos del hogar, chips electrónicos, sensores y dispositivos para diagnóstico. La Fundación Nacional de la Ciencia de Estados Unidos estima que en 2012 la mitad de la industria farmacéutica se basará en la nanotecnología.
Pese a que la nanotecnología ya está ampliamente en contacto con nuestra vida cotidiana, casi no existen estudios sobre sus potenciales efectos negativos. Hay escasos estudios sobre los problemas que podría acarrear en la salud y el ambiente, y prácticamente ninguno en torno al impacto político, militar y en las economías, sobre todo de los países del sur.
Para tomar uno de los aspectos que más preocupan, veamos qué se sabe respecto a los impactos en la salud.
En 1997 investigadores de la Universidad de Oxford y la Universidad de Montreal mostraron que el dióxido de titanio y el óxido de zinc usados como nanopartículas en la mayoría de los bloqueadores solares producen radicales libres en las células de la piel, dañando el ADN. Ambas sustancias se usan hace décadas como protectores solares, pero debido a que son blancos y opacos en su formulación de mayor tamaño sólo los usaban quienes tenían más exposición al sol a causa de su trabajo. Ahora, al ser transparentes, se ha generalizado su aplicación.
El mismo efecto de producir radicales libres se observó en cosméticos que usan nanopartículas (la mayor parte de las cremas antiarrugas y otros cosméticos de efecto rápido), convirtiéndolas en una contradicción en sí mismas, ya que los radicales libres aceleran el envejecimiento de las células.
L’Oreal, una de las empresas que más utiliza este sistema, conoce estos efectos y alega que ha recubierto las nanopartículas con otras sustancias, además de agregarles factores que combaten los radicales libres que originan. Imaginen el coctel que uno se aplica en la piel.
En 2002, el Centro de Nanotecnología Biológica y Ambiental de la Universidad de Rice, Houston, informó que las nanopartículas se acumulan en los órganos de animales de laboratorio (hígado y pulmones). Esto podría dar origen a tumores, al igual que el daño del ADN. Los nanotubos, similares a finísimas agujas, podrían clavarse en los pulmones con efectos parecidos al que provoca el asbesto.
En 2003 en un estudio solicitado por el Grupo ETC, el tóxico-patólogo Vyvyan Howard concluyó que el tamaño de las nanopartículas, más que el material que las constituye, es un riesgo en sí mismo porque aumenta exponencialmente su potencial catalítico y el sistema inmunológico no las detecta, pese a que atraviesan, por ejemplo, la barrera sanguínea que rodea el cerebro, con efectos potencialmente tóxicos por sí mismas o por lo que pueda adherirse a ellas y pasar de polizón.
En 2004, Howard informó en una conferencia mundial sobre nanotoxicidad que las nanopartículas se mueven de la madre al feto por medio de la placenta. Ese mismo año un informe presentado en la reunión de la Asociación Americana de Química mostró que las nanoesferas de carbono disueltas en agua, simulando un grado de contaminación ambiental común, dañan el cerebro de los peces y provocan mortandad en pulgas de agua.
Estamos ante la liberación masiva al ambiente, al cuerpo humano, animal y vegetal, de partículas construidas artificialmente para las que los organismos no tienen ninguna prevención.
Salud y ambiente
En años recientes, un número creciente de informes científicos y gubernamentales han alertado que las partículas construidas artificialmente a nano escala (un nánometro es la millonésima parte de un milímetro), podrían presentar nuevos riesgos a la salud y al medio ambiente. En un informe de la Royal Society y la Real Academia de Ingeniería del Reino Unido de 2004, se concluye que las nanopartículas y los nanotubos se deben considerar químicos nuevos, y como tales ser objeto de evaluación y precaución.
Un nanotubo es una fibra hueca construida a partir de la estructura molecular del carbono C60, el cual, por sus propiedades únicas de alta resistencia, conductividad eléctrica, conductividad térmica y elasticidad, se usa en numerosas industrias, desde la electrónica y la ingeniería de materiales hasta la industria biomédica.
Cientos de productos que contienen nanotubos o nanopartículas de diferentes elementos circulan en el mercado sin etiquetado ni advertencia, ya que prácticamente no existen regulaciones sobre este tipo de partículas. Es preocupante porque pueden estar en contacto con nuestra piel, por medio de cosméticos y bloqueadores solares; también en los campos agrícolas, como plaguicidas nanoencapsulados; en nuestros refrigeradores, como aditivos alimentarios, y en nuestro cuerpo, como vehículos para la administración de medicamentos. Además, están presentes en materiales que componen muchos objetos de uso cotidiano, como prendas de vestir (camisas y pantalones “que no se manchan”), artículos de cocina de teflón, filtros de lavarropas, coberturas de hornos, neumáticos de automóviles, pantallas de televisión, teléfonos celulares y muchos más.
El supuesto es que como los materiales que se usan, en general ya están bajo regulación, la nueva formulación en nanopartículas se comportaría de la misma forma. Hay crecientes evidencias de que no es así. Aunque en la naturaleza existen nanopartículas, por ejemplo, en cenizas volcánicas o en nanocristales de sal en el aire del océano, nunca habíamos estado expuestos a las nanopartículas artificiales que se están produciendo ahora.
Uno de los problemas es el tamaño de las nanopartículas. Con la miniaturización aumenta la superficie de contacto, y por tanto el potencial reactivo o catalítico de los elementos. Mientras más pequeña es una partícula mayor es su reactividad, por lo que una sustancia que es inerte en la escala micro o macro puede mostrar características dañinas en la escala nano. Por su tamaño, penetran a través de la piel y el torrente sanguíneo, y el sistema inmunológico no las reconoce. Al entrar en contacto con tejidos vivos, las nanopartículas pueden ser origen de la aparición de radicales libres, causando inflamación o daño a los tejidos y posterior crecimiento de tumores.
Si bien los consumidores ya corremos estos riesgos, un grupo particularmente expuesto a los efectos de las nanopartículas son los trabajadores que participan en el proceso de fabricación o en la manipulación continua de los materiales que las contienen. En octubre de 2004, autoridades de salud del Reino Unido (UK Health and Safety Executive) estimaron que más de 10 mil trabajadores estarían expuestos en su región, y concluyeron que se necesitan evaluaciones sobre los riesgos de trabajar con nanopartículas, además de que no se usan métodos efectivos de protección para evitar la ingestión, inhalación o exposición cutánea de nanopartículas en la producción.
En 2005, una autoridad similar en Estados Unidos (US Nacional Institute of Occupational Safety and Health) informó que encontraron daños significativos del ADN en el corazón y arterias de ratones expuestos a nanotubos de carbono. En el mismo año, otro estudio de la NASA, reportó que la inyección de nanotubos de carbono comercialmente disponibles provocaron daños significativos en pulmones de ratas. Los investigadores dijeron que la dosis inyectada era equivalente a 17 días de exposición de un trabajador.
También en 2005, investigadores de la Universidad de Rochester reportaron que conejos sometidos a la inhalación de nanoesferas de carbono mostraron un aumento en la susceptibilidad a formar coágulos sanguíneos.
A principios de septiembre de 2005, la Asociación Australiana de Sindicatos (ACTU, por sus siglas en inglés) exigió al Senado una investigación sobre los riesgos de la exposición laboral a polvos tóxicos, incluyendo nanopartículas, amenazando inclusive con paralizar la producción si no se toman medidas urgentes.
En la reunión de la Asociación Americana de Química, del año 2005, se presentó un informe, el cual muestra que las nanopartículas de carbono se disuelven en agua, contradiciendo el conocimiento científico existente, y que aun en concentraciones muy pequeñas, son tóxicas para las bacterias del suelo, levantando un alerta sobre la interacción con los ecosistemas naturales. Desde 2003, un estudio publicado en la revista científica Nature mostraba que las nanopartículas pueden ser absorbidas por las lombrices y otros organismos del suelo, con la posibilidad de que asciendan en la cadena alimentaria, llegando, inclusive, a los humanos.
Ya existen muchas fuentes de difusión de daños al medioambiente por compuestos formulados a nano escala. Por ejemplo, los desechos de laboratorio o producción industrial de nanopartículas se descartan como basura común. Más grave: multinacionales productoras de transgénicos, como Syngenta, Bayer, BASF y Monsanto están investigando o produciendo plaguicidas en nano cápsulas, algunos de los cuales ya están en el mercado, en campos y cultivos.
Al igual que con los transgénicos, pero en una escala mucho mayor, porque toca prácticamente todos los sectores industriales, las empresas y gobiernos ignoran el principio de precaución que debería guiar la liberación al consumo y al medio ambiente de compuestos construidos artificialmente y sin evaluación de sus potenciales impactos negativos.
Omnipotentes
A diferencia de muchas otras tecnologías en sus primeras etapas, la nanotecnología es objeto de voraz interés por parte de las mayores empresas del globo. De las 500 empresas más grandes del mundo, según la revista Fortune, casi todas tienen inversiones en investigación y desarrollo nanotecnológico. En otros casos, las compañías esperaban ver los riesgos antes de invertir. En nanotecnología las trasnacionales se lanzan tras el potencial económico que avizoran si logran agenciarse porciones de ese mercado, el cual, según la Fundación Nacional de la Ciencia de Estados Unidos, superará el billón de dólares en 10 años. Más aún, fuentes de la industria estiman que para 2014 el mercado de los productos comerciales que incorporen nanotecnología tendrá un valor de 2.6 billones de dólares (15 porciento del valor total de la industria manufacturera), igualando el volumen combinado de las industrias informáticas y de telecomunicaciones, y multiplicando por 10 el de la industria biotecnológica.
Actualmente, junto a mil 200 empresas pequeñas que comenzaron con sectores de la industria nanotecnólogica, se encuentran a otras como Exxon Mobil, IBM, Dow Chemicals, Xerox, 3M, Alcan Aluminium, Johnson & Johnson, Hewlett-Packard, Lucent, Motorola, Sony, Toyota, Hitachi, Mitsubishi, NEC, Toshiba, Phillips, Eli Lilly, DuPont, Procter & Gamble, Kraft Foods, General Mills, Nestlé, PepsiCo, Sara Lee, Unilever, ConAgra, L’Oreal, Bayer, BASF.La nanotecnología se considera una “plataforma tecnológica” sobre la cual se puede transformar drásticamente el actual estado del arte de casi todos los sectores industriales, incluyendo alimentación, agricultura, medicina, electrónica, informática, materiales y manufacturas.
Si los productos que ya están en el mercado nos alarman porque se soslayan sus posibles impactos negativos en salud y ambiente, los impactos económicos y de formación de nuevos monopolios trans-sectoriales deberían alertarnos aún más.
El volumen e historia de las trasnacionales implicadas hace pensar que la batalla en el mercado quedará en manos de las más grandes y agresivas. Pero el factor crucial a priori será quién controla las patentes sobre aspectos claves para el desarrollo de la nanotecnología. Según Mark Lemley, de la Universidad de Stanford: “(…) las patentes arrojarán una sombra mucho mayor sobre la nanotecnología que la que tienen sobre cualquier otra ciencia en un estadio de desarrollo similar”.
Para entender de forma simplificada cómo nos afectarán las patentes nanotecnológicas pensemos que fuera posible patentar el nombre “María”. En ese caso, todos los que usen ese nombre deberían obtener permiso y pagar regalías al dueño de la patente. Ahora imaginen que fuera posible patentar la letra “a”. Patentar elementos, átomos o construcciones moleculares tendría ese efecto: cuanto más pequeño es el objeto de la patente mayores pueden ser los campos que afecta. El premio Nobel de Física Glenn Seaborg sentó un peligroso precedente al patentar en 1964 dos elementos de la tabla periódica: el Americio (95) y el Curio (96).
Según un informe especial del Grupo ETC, titulado Las patentes de nanotecnología más allá de la Naturaleza. Impilicaciones para el sur global, la fiebre de patentes nanotecnológicas está tomando proporciones epidémicas. Entre 2000 y 2003, el aumento de patentes nanotecnológicas otorgadas por la Oficina de Marcas y Patentes de Estados Unidos aumentó 50 por ciento, llegando a 8 mil 630 en 2003. Los cinco países que lideran la carrera son: Estados Unidos (5 mil 228 patentes), Japón (926), Alemania (684), Canadá (244) y Francia (183). Las cinco entidades que obtuvieron mayor número de patentes fueron IBM, Micron Technologies, Advanced Micro Devices, Intel y la Universidad de California.
IBM es la compañía privada que tiene más patentes nanotecnológicas a escala mundial. Entre las instituciones públicas, quien concentra la mayor cantidad de patentes nanotecnológicas son, en conjunto, los tres cuerpos armados de Estados Unidos, lo cual tiene muchas otras implicaciones que veremos más adelante.
Pero el problema no es solamente la cantidad de patentes. Peor aún es sobre qué se otorgan las patentes y sus alcances. En China, el investigador Yang Mengjun, consiguió 900 patentes sobre hierbas usadas en la medicina tradicional china, alegando formulaciones nanotecnológicas.
Charles Liebner, de la Universidad de Harvard, obtuvo una patente (la cual licenció en forma exclusiva a Nanosys Inc.) sobre nanobarras de óxidos compuestos con metales. La cobertura de la patente abarca óxidos no solamente de un metal, sino de 33 elementos de la tabla periódica (aproximadamente un tercio del total), que cubren 11 de los 18 grupos de elementos existentes. Estas barras tienen usos en múltiples industrias, incluyendo la biomédica, y ha sido identificada por varios abogados de patentes como una de las 10 patentes claves que condicionarán el desarrollo de la industria nanotecnológica.
La Universidad de Kansas obtuvo una patente de otros procesos nanotecnológicos que le otorga la exclusividad de su uso en las industrias farmacéutica, alimentaria, química, electrónica, de catalizadores, polímeros, plaguicidas, explosivos y recubrimientos.Nunca antes habíamos presenciado un uso tan vasto de un instrumento de apropiación monopólica como las patentes nanotecnológicas. Quienes creen que la nanotecnología puede tener usos benéficos, como hipotéticos ahorros de energía y de recursos, o aplicaciones médicas, o aún más, ilusorio, que “beneficiará a los pobres”, deberían repensarlo frente a este panorama. Baste ver cómo las trasnacionales farmacéuticas se comportan con las necesidades de salud pública, sobre todo en el tercer mundo, controlando patentes que no cubren ni una nanofracción del alcance de éstas.