Fullerenos y nanotecnologia

TIC´s en la Enseñanza
Universidad Nacional de Colombia
Sede Palmira

OBJETIVOS

• Conceptuar la Nanotecnologia y la terminología
relacionada.

• Presentar aplicaciones de la Nanotecnología.

• Mostrar algunas relaciones de la nanotecnología
con los alimentos.

¿Que es la Nanotecnología?
Desarrollo de la investigación y tecnología en
los niveles átomicos o macromoleculares, en el
rango de escala de apróximadamente 1-100
nanometros de rango (1 nm = mil millonésima
de metro).
Creación y uso de estructuras, dispositivos y
sistemas que tienen propiedades y funciones
novedosas a causa de su pequeño o intermedio
tamaño.
Habilidad para controlar o manipular a escala
atómica.

LA ESCALA DE LAS COSAS
OBJETO TAMAÑO
Grosor de un cabello 50,000 nm
Célula Roja Sanguínea 7,000 nm
Bacteria 1,000 nm
Virus 100 nm
Grosor del ADN 2.5 nm
Molécula de Aspirina 1 nm

NANOTECNOLOGÍA

ADN Bacteria Gran gota de lluvia
2.5 nanometros 2.5 micrómetros 2.5 milimetros
de diámetro de longitud de diámetro

Nanotubo de carbono Hebra de pelo Casa Nanopartícula Hormiga Circuito de Indianapolis
de una pared 100 micrómetros 10 metros 4 nanometros 4 milímetros 4 kilómetros
1 nanometro de longitud de ancho de diámetro de diámetro por vuellta
de diámetro

NANOMATERIALES
Materiales multifuncionales que interactuan con
sistemas biologicos en vías bien controladas.
Extensa clase de materiales que caen dentro de
múltiples industrias.
Exhiben propiedades y funciones únicas a causa de su
pequeño tamaño.
Incluyen estructuras tales como:
 Nanoestructuras de Carbono
 Dendrimeros
 Óxidos de metal (FeO, TiO2, ZnO)
 Puntos cuánticos –quantum dots- (CdSe)
 Algunos liposomas

Nanoestructuras de Carbono
Fuente de carbón puro (similar a grafito y
diamantes).
Basadas en moléculas de fullereno las cuales
son moléculas enjauladas cerradas y convexas
conteniendo sólo caras hexagonales y
pentagonales.
Ejemplos de nanoestructuras de carbono:
 Fullerenos (Buckyballs)
 Nanotubos
 Nanoalambres (nanowires)
 Nanobarbas (nanowhiskers)

Nanotubos de Carbono y
Fullerenos
Nanotubos de carbono Se
enrrolla
 Fullerenos elongados.
 Asemejan láminas de grafito
que se enrrollan en cilindros.
Lámina de grafito
 La relación largo ancho es
bastante alto (pocos nm en
diámetro y arriba de 1 mm en
longitud).

Buckyballs
 Fullerenos esféricos (C60 son
mas estables y simétricos y
asemejan una pelota de futbol.
 Nominado en honor de su
descubridor arquitecto R.
Buckminster Fuller .
 Galardonado con el Premio
Nobel en química en 1996 por
su descubrimiento.

Algunas propiedades de las
Nanoestructuras de Carbono
Alta resistencia de tensión.
Estables físicamente.
Reactivos químicamente con radicales libres.
 Pueden ser formados derivados:
Mas hidrofílicos que los fullerenos
Pueden ser generadas nuevas moléculas orgánicas
Otros átomos pueden ser colocados dentro de
la “jaula” (dopando con metales alcalinos)
 Propiedades superconductoras
 Propiedades ópticas (fullerenos endohedrales)

Algunas Estructuras de
Nanocarbono

Cebolla

Nanotubo pared simple Nanotubo pared múltiple Negro fullerénico

DENDRIMEROS
Moléculas poliméricas esféricas.
Series de láminas químicas construidas sobre
una pequeña molécula núcleo (cada lámina es
llamada una generación).
Hechos de un núcleo y capas alternativas de 2
monómeros: ácido acrílico y diamina.
La estructura molecular tiene la forma de un
árbol con muchas ramas.
Pueden servir como nano-dispositivos para
deliberación de terapeuticos.

Estructura de DENDRIMEROS
Síntesis de Dendrimeros

PORTADORES A "NANO-
ESCALA" DE TERAPIAS
MULTIFUNCIONALES
 Dendrimeros
 Fullerenos
 Púntos cuánticos
 Nanocápsulas
 Liposomas
 Otros

APLICACIONES DE NANOTECNOLOGÍA: AHORA Y DESPUÉS
Fármacos y
Herramientas de corte Partículas en nanoescala
medicamentos
y cubiertas resistentes al y películas finas en
deterioro dispositivos electrónicos

Pigmentos en pintura Joyería, óptica y obleas se
Nano inicial miconductoras pulidas

Biosensores, Liberación de
transductores y medicinas, separación
Aditivos retardantes
biomagnética y
detectores de la llama
Nano 2008 curación de heridas

Diseños funcionales Propelentes, boquillas
de fluidos y válvulas.

Nano-óptica, Interruptores más
nanoelectrónica y Rápidos y sensores
fuentes de nanopoder ultrasensibles

Nano-bio Dispositivos
Pantallas flexibles materiales como basados en NEMS
de alto rendimiento órganos artificiales

Aplicaciones en Desarrollo de
Medicamentos
Nanodispositivos biológicos basados en dendrimeros están siendo
desarrollados con el potencial para:

Imágenes de
(Rayos X, RM))
Sensor de
Apoptosis

Sensor de
Causa de
Enfermedad

Cáncer
Orientación
Terapeúticos

Aplicaciones en Desarrollo de
Medicamentos
VIVAGEL (Starpharma) – Herpes genital (en estudio
clínico, fase II)
AIDS

PARTÍCULAS POLIMÉRICAS

133 días en H2O

Quitosano
(biopolímero
100% brasileño)

Aplicaciones de
Nanotecnología en Alimentos
AGRICULTURA
• Detección de moléculas simples para determinar interacciones
sustrato enzima.
• Nanocápsulas para liberación más eficiente de pesticidas,
fertilizantes y otros agroquímicos.
• Liberación de hormonas de crecimiento de una forma controlada.
• Nanosensores para monitorear las condiciones del suelo y
crecimiento de los cultivos.
• Nanochips para identificar preservación y trazabilidad.
• Nanosensores para la detección de patógenos de plantas y
animales.
• Nanocapsulas para para liberar vacunas.
• Nanopartículas para liberar ADN a plantas (ingeniería Génetica
dirigida).
http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=1846.php

Aplicaciones de
PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS
• Nanocápsulas para mejorar la biodisponibilidad de nutraceuticos
en ingredientes estándares tales como aceites de cocina.
• Nanoencapsulados para realzar los sabores.
• Nanotubos como agentes de gelificación y viscosidad.
• Nanocapsulas con infusiones de esteroides basados en plantas
para reemplazar el colesterol de los alimentos.
• Nanopartículas para unirse selectivamente para remover químicos
y patógenos de los alimentos.
• Nanoemulsiones y partículas para mejorar la disponibilidad y
disponibilidad y dispersión de los nutrientes.

Aplicaciones de
EMPAQUE DE ALIMENTOS
• Anticuerpos adheridos a nanopartículas fluorescentes para
detectar químicos o patógenos que causan enfermedades
alimenticias.
• Nanosensores biodegradables para monitorear temperatura,
humedad y tiempo.
• Nanoarcillas y nanopelículas como materiales barrera para
prevenir el daño y prevenir la absorción de oxígeno.
• Nanosensores electroquímicos para detectar etileno.
• Superficies antimicrobianas y antifúngicas cubiertas con
nanopartículas Nanopartículas (plata, magnesio, zinc).
• Películas resistentes al calor más fuertes y ligeras con
nanopartículas de silicato.
• Hojas modificadas para una conducta de permeabilidad.

Aplicaciones de
SUPLEMENTOS

• Polvos de escala nano para incrementar la absorción de
nutrientes.
• Compuestos de nanocristales de celulosa como portadores de
medicamentos.
• Nanoencapsulación de nutraceúticos para mejor absorción,
mejorar absorción, mejorar la estabilidad o liberación dirigida.
• Nanococleas (nanopartículas enrrolladas) para liberar nutrient
es más eficientemente a las células sin afectar el color o el
sabor de los alimentos.
• Rociadores de vitaminas que dispersan moléculas activas en
nanogotas para una mejor absorción.

CONTROL DE LA CALIDAD Y
SEGURIDAD ALIMENTARIA

Biosensor de detección de Salmonellas basado
en hetero nanovarillas de Oro y Sílice, donde se inmovilizan
las moléculas de reconocimiento (anticuerpos conjugados con
el oro)

E. coli, Staphylococcus ,
Campylobacter y tóxinas de alimentos como: Ricina, Abrin
o C. botulinum, si se usa el anticuerpo apropiado.


CURCUMA

NANOTECNOLOGÍA

Sabiduría tradicional
oriental Ciencias Médicas Occidentales
Albores de la
Medicina del
futuro

Una fusión de Oriente y de los sistemas occidentales medicinales integrado con
la nanotecnología puede marcar el comienzo de una nueva era de la medicina del
futuro. (Imagen: CKMNT)

CURCUMA
Desordenes neurológicos
• Enfermedad de Alzheimer
Cataratas • Esclerosis múltiple
• Enfermedad de Parkinson

Inflamación de músculos

Fibrosis cística

Desordenes cardiovasculares
• Infarto de miocardio
• Artero esclerosis o reestenosis
• Niveles anormales de colesterol
• Ataque al corazón Pancreatitis

Cirrosis hepática
Artritis reumatoide
Inflamación de las articulaciones
Formación de cálculos en la vesícula

Enfermedades de los riñones
Desordenes gastrointestinales
• Enfermedad de Crohn
• Indigestión/dispepsia
• Enfermedad inflamatoria intestinal (IBD)
Infecciones del tracto urinario

Una fusión de Oriente y de los sistemas occidentales medicinales integrado con
la nanotecnología puede marcar el comienzo de una nueva era de la medicina del
futuro. (Imagen: CKMNT)

NANOSISTEMAS DE ADMINISTRACIÓN DE CÚRCUMA
NANOPARTÍCULAS, NANOEMULSIONES, LIPIDO SÓLIDO

ESTRATEGIA
BENEFICIOS ESPERADOS
NANOTECNOLÓGICA
Nanopartículas de Nanoparticulas de cúrcuma exhiben una actividad
cúrcuma antimicrobianas antimicrobiana superior cuando son comparadas a una
solución de cúrcuma regular.
Nanopartículas de La nanocúrcuma muestra que es tan efectiva, como las más
cúrcuma encapsulada grandes cantidades de compuestos libres, contra el
crecimiento de células pancreáticas cancerosas.
Nanoemulsiones Realzamiento de la actividad anti-inflamatoria.
aceite/agua de cúrcuma
encapsulada.
Lípido sólido cargado Disponibilidad mejorada ha resultado en remarcada reducción
con nanopartículas de en dosis (32-155 veces) y realzamiento de la eficacia de la
cúrcuma cúrcuma, la cual muestra su potencial como un agente
terapéutico potente para desordenes neurodegenerativos y
cáncer en humanos.

NANOSISTEMAS DE ADMINISTRACIÓN DE CURCÚMA
NANOCRISTALES, HIDROGELES, MICELAS POLIMÉRICAS,
NANOLIPOSOMAS

ESTRATEGIA
NANOTECNOLÓGICA BENEFICIOS ESPERADOS

Dispersión sólida de Biodisponibilidad mejorada, junto con alta estabilidad
nanocristales de curcuma fotoquímica.
Hidrogel cargado con Exhiben grandes mejoras en acción anti-malarial cuando son
nanopartículas de comparadas a la muestra de control de curcuma.
curcuma
Micelas poliméricas Esta es una excelente formulación acuosa teniendo un
cargadas con potencial significativo en el tratamiento de carcinomas de
Nanopartículas de colon.
curcuma
Nanoliposomas Exhiben actividad antifibrogénica teniendo un potencial para
decorados con curcuma marcar a los marcadores patogénicos de la enfermedad de
Alzheimer (agregados ß-amiloides) para propósitos
diagnósticos o terapéuticos.

NANOSISTEMAS DE ADMINISTRACIÓN DE CURCÚMA
COMPLEJO DE FOSFOLÍPIDOS, AUTOENSAMBLAMIENTO,
NANOSUSPENSIONES, NANOPARTÍCULAS

ESTRATEGIA
BENEFICIOS ESPERADOS
NANOTECNOLÓGICA
Complejo de Muestra una mejor actividad hepato protectiva debido a sus
Fosfolípidos/Cúrcuma excelentes propiedades antioxidantes, cuando es comparada a
cúrcuma libre en el mismo nivel de dosis.
Ciclodextrina/Cúrcuma Formulación (Poli ß-Ciclodextrina/Cúrcuma) mejora la
autoensamblamiento biodisponibilidad y liberación de cúrcuma libre, y por lo tanto puede
ser usada para un efectivo tratamiento de cáncer de próstata.
Nanosuspensión de Novedosas nanosuspensiones de cúrcuma hechas a alta presión de
cúrcuma inyectable homogenización muestran realzamiento de la solubilidad (> de 600
intravenosamente veces) y promedios de disolución (> de 10 veces) comparada con
cúrcuma prístina. Esas nanosuspensiones son promisorias para
administración intravenosa de cúrcuma convencional.
Nanopartículas de Mejoramiento de características físico-químicas de cúrcuma y a su
cúrcuma vez, realzamiento de su potencial anti-oxidante y anti-hepatoma.


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