1er conversatorio del ciclo b2011Importancia de la Nanociencia y la Nanotecnología
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Importancia de la Nanociencia y la Nanotecnología
Dr. Noboru Takeuchi
Centro de Nanociencias y NanotecnologíaUNAM-Campus Ensenada
Centro de Nanociencias y NanotecnologíaUniversidad Nacional Autonoma de Mexico
Campus Ensenada
Red Iberoamaricana "José Roberto Leite"de Divulgación y Formación en Nanotecnología
ENANO 2011
Centro de Nanociencias y NanotecnologíaUNAM-Campus Ensenada
Educación
Centro de Nanociencias y Nanotecnología
Centro de Nanociencias y NanotecnologíaUNAM-Campus Ensenada
Centro de Nanociencias y NanotecnologíaUNAM-Campus Ensenada
InvestigaciónNanoestructurasMateriales AvanzadosNanocatálisisFisicoquímica de superficiesFísica TeóricaBionanotecnología
EducaciónPosgrados:Física de Materiales CICESECiencias e Ing. Materiales UNAMCiencias Fisicas UNAM
PregradoCarrera de Nanotecnología
Plan de la charla
• Introducción: Las nanoestructuras, la nanociencia y la nanotecnología.
• Breve historia.
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• Breve historia.
• Las aplicaciones
Plan de la charla
• Introducción: Las nanoestructuras, la nanociencia y la nanotecnología.
• Breve historia.
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• Breve historia.
• Las aplicaciones
Museo de Delicias Chihuahua
Nano viene del griego y significa enano
¿Qué quiere decir nano?
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Tiranosaurio enano
NANOTIRANOSAURIO REX
¿Qué es un nanometro?
¿ Un metro enano?
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Nanometro=
1metro/mil millones
1metro/1 seguido por 9 ceros
1 milimetro dividido en un millon
¿Qué tan enano es un nano?
Para tener una idea del tamaño de un nanómetro:
Diámetro de un glóbulo rojo
Diámetro de un cabello humano~75,000 nm,
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Diámetro de un glóbulo rojo~ 3,000 nm
Diámetro del virus de lainfluenza ~ 200 nm
Nanoestructuras: objetos de tamaño entre 1 y 100 nanómetros.
La nanociencia estudia las nanoestructuras y los procesos fundamentales que ocurren en escalas entre 1 y 100 nm.
DEFINICIONES
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escalas entre 1 y 100 nm.
La nanotecnología aplicaciones de la nanociencia en productos utiles.En muchas ocasiones se denomina nanotecnología a la habilidad de controlar la materia átomo por átomo
¿Qué tiene de especial la nanoescala?
Primero hablemos de las propiedades de los materiales macroscopicos
Ejemplo:
El Oro.
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Es un metal,
buen conductor de la electricidad,
maleable
Dorado!
mm micras
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Si cortamos una moneda de oro a la mitad, suspropiedades no cambian. Media moneda es metálica, conductora, DORADA.
Si repetimos el proceso, las cosas no cambian
podemos llegar hasta las micras sin que se modifiquenlas propiedades del oro.
Si pudiésemos seguir cortando la moneda,
al llegar a los nanómetros nos sorprenderíamos:
Oro nanoscopico
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Oro nanoscopico
Propiedades distintas!!
Depende del tamaño
No es dorado
El uso de Nanoestructuras no es nuevo
Artesanos de la edad media, no lo sabían, pero usaron nanopartículas de
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nanopartículas de oro para colorear los vitrales.
Azul MayaEl azul maya es una pintura que fue usada muy frecuentemente en Mesoamérica.
Hoy se sabe que dicha pintura está formada por una mezcla de
Otro ejemplo lo encontramos más cerca de nosotros.
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está formada por una mezcla de índigo con una arcilla, la cual tiene cavidades de tamaños nanoscópicos.
Las moléculas de índigo quedan atrapadas en dichas cavidades, creando una estructura que le da al material su color y estabilidad característicos.
Pintura mural en Bonampak, Chiapas.
Lo realmente nuevo de las nanociencias y la nanotecnología
La habilidad para ver y manipular la materia a nivel de nanoescala y entender las interacciones
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nivel de nanoescala y entender las interacciones a escala atómica.
QUIMICA BIOLOGIA
INTERDICIPLINIDAD
ECONOMIA
NANOCIENCIANANOCIENCIA
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FISICA
INGENIERIAS
MEDICINAETICA
SOCIOLOGIAYY
NANOTECNOLOGIANANOTECNOLOGIA
Plan de la charla
• Introducción: Las nanoestructuras, la nanociencia y la nanotecnología.
• Breve historia.
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• Breve historia.
• Las aplicaciones
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En diciembre de 1959, Richard Feynman (premio Nóbel de Física en 1965), presentó su visionaria charla “Hay suficiente espacio en el fondo (there is plenty of room at bottom)”
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“De lo que les quiero hablar es del problema de manipular y controlar cosas en la escala de lo pequeño…” dijo.
• Feynman explicó que ninguna ley física evitaba que se pudiese hacer cosas como miniaturizar las computadoras.
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IBM 705 42,000 sumas o 5000 multiplicaciones en un segundo
• Escribir la información contenida en todos los libros en un cubo del tamaño de una partícula de polvo
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Micron 16Gb chip
y construir maquinaria con átomos y moléculas.
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• Sin embargo, Feynman estaba un poco adelantado a sus tiempos. En ese entonces no se tenían las herramientas para el trabajo que sugería. Ninguna de las técnicas de manufactura que permitían
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las técnicas de manufactura que permitían fabricar dispositivos muy pequeños, podían operarse en la nanoescala.
• No solamente no se podían manipular átomos o moléculas individuales sino tampoco era posible observarlos.
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Se perfeccionaron instrumentos que ya existían
Esto comenzó a cambier en la década de los ochenta
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que ya existían
Se inventaron nuevos instrumentos.
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Los microscopios
Resolución α λ
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Resolución α λ
Luz visible λ ~3800-7800 Å
Microscopios electrónicosUsa electrones en lugar de luz
Microscopio Electrónico de Transmisión
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Nanoestructuras de 0D
Microscopios electrónicosUsa electrones en lugar de luz
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Microscopio de tunelamiento electrónico (STM)
1981
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Se basa en el efecto túnel
(efecto
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(efecto cuántico)
Con el STM podemos ver los átomos
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Cada punto brillante corresponde a un átomo
Con el STM se pueden manipular o mover átomo por átomo
Prof.
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Prof. Saw Hla
U. Ohio
Plan de la charla
• Introducción: Las nanoestructuras, la nanociencia y la nanotecnología.
• Breve historia.
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• Breve historia.
• Las aplicaciones
APLICACIONES)
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Uno de los grandes impulsores de la nanociencia y lananotecnología ha sido la industria de los semiconductores,la cual busca y ha permitido la fabricación de aparatoselectrónicos cada vez más pequeños.
Aparatos electrónicos
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O más grandes
OLED
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Para los amantes de la musica
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Para guardar la informacion (canciones)Se usa el efecto de la Resitencia magnetica gigante
Un material no magnético entre dos materiales magnéticos de grosores en los nanómetros.
Nuevos materiales
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El oro macroscópico es poco reactivo
Metal noble
Las nanopartículas de oro son
Nanocatalizadores
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Las nanopartículas de oro son muy reactivas
Catalizadores
CO + O2 → CO2 + O
Celdas solares mas eficientesflexibles y baratas
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Almacenamiento de Hidrógeno
Nanotubos de carbon
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Jaulas nanoscopicas de materiales organometalicos
Diodos y láseres
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Luz blanca
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LED Azul 1990s
Rojo Verde Azul Bombilla de luz blanca Equivalente 75-100 watts
Computación, Nuevas tecnologías
Silicio estirado Silicio “estirado”, la cual puede aumentar la velocidad del flujo de electrones en 70%, incrementando de esta forma la velocidad de los dispositivos y reduciendo el consumo de energía.
Uso de pozos cuánticos: nanoestructuras
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Germanio
Uso de pozos cuánticos: nanoestructuras en 2 dimensiones.
Circuitos con nanotubos de carbón.
Uso del Spin del electrón para almacenar información: Espintrónica y Computación cuántica.
Invisibilidad
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Materiales invisibles
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Materiales artificiales o metamateriales
Para fabricar materiales invisibles a la luz visible deben de ser nanoestructuras
MEDICINA
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Cancer
Crecimiento anormal de ciertas celulasFormacion de
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Formacion de tumores
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Tratamientos
• Cirugía • Quimioterapia• Radioterapia
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• Se busca eliminar los tumores y las células cancerosas
Efectos secundarios
• La quimioterapia no solo
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no solo destruye las células cancerosas
• sino también las sanas
Iluminación IR-cercano (NIR)
(808 nm, 4W/cm2, 3 minutos)
QUEMAR TUMORES CANCERIGENOS
Nanopartículas de silica
recubiertas de
oro
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Modificación de las nanopartículas con
PEG. Tamaño: 130 nm.
O´Neal D.P., Hirsch L.R., Halas N.J., Payne J.D., West J.L., Cancer Letter, 209:171-6, 2004
Experimento in-vitro
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Solamente con radiacionInfrarroja
Solamente con las NP NP+IF
Nanomaterialespara entrega defármacos.
Mejoras en:
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EficaciaReducción de dósisy efectos adversos
El abraxane fue el primer tratamiento médico que utiliza nanoestructuras, diseñado para tratar el cáncer del seno.
El abraxane utiliza nanopartículas de la proteína albúmina para
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de la proteína albúmina para encapsular el fármaco paclitaxel y se introduce al cuerpo por medio de inyecciones.
Sin encapsularse, el paclitaxel requiere del uso de solventes que producen efectos secundarios muy fuertes como anemia y naúseas.
SIGLO XVIII-XIX
REVOLUCION INDUSTRIAL
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Quién se benefició?
Gran Bretaña
SEGUNDA MITAD DEL SIGLO XX
REVOLUCION DE LA ELECTRONICA
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Quién se benefició?
Estados Unidos, Japón, Taiwán, Corea
SIGLO XXI
Las Nanociencias y Nanotecnología tienen el potencial de impactar prácticamente todos
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de impactar prácticamente todos los aspectos de nuestras vidas.
Se piensa que estamos ante una nueva revolución tecnológica.
Quién se va a beneficiar?
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LATINOAMERICA?
Lunes 10 de Octubre, 2 pm
Academia Venezolana de Ciencias Fisicas Naturales y Exactas
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• Gracias por su atención
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