Importancia de la nanociencia y la nanotecnología

Importancia de la Nanociencia
y la Nanotecnología

Dr. Noboru Takeuchi
Centro de Nanociencias y Nanotecnología
Universidad Nacional Autonoma de Mexico
Campus Ensenada

Red Iberoamaricana "José Roberto Leite"
de Divulgación y Formación en Nanotecnología
ENANO 2011

UNAM-Campus Ensenada


Educación
Investigación Posgrados:
Nanoestructuras Física de Materiales CICESE
Materiales Avanzados Ciencias e Ing. Materiales
Nanocatálisis UNAM
Fisicoquímica de superficies Ciencias Fisicas UNAM
Física Teórica
Bionanotecnología Pregrado
Carrera de Nanotecnología

Plan de la charla

• Introducción: Las nanoestructuras, la
nanociencia y la nanotecnología.

• Breve historia.

• Las aplicaciones


¿Qué quiere decir nano?
Museo de
Delicias
Chihuahua

Nano viene del
griego y significa
enano
NANOTIRANOSAURIO REX

Tiranosaurio enano


¿Qué es un nanometro?

¿ Un metro enano?

Nanometro=
¿Qué tan enano es 1metro/mil millones
un nano? 1metro/1 seguido por 9 ceros
1 milimetro dividido en un millon

Para tener una idea del tamaño de un nanómetro:

Diámetro de un cabello humano
~75,000 nm,

Diámetro de un glóbulo rojo
~ 3,000 nm

Diámetro del virus de la
influenza ~ 200 nm


DEFINICIONES
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.

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.

Es un metal,
buen conductor de la
electricidad,
maleable
Dorado!


mm micras

Si cortamos una moneda de oro a la mitad, sus
propiedades no cambian. Media moneda es metálica,
conductora, DORADA.

Si repetimos el proceso, las cosas no cambian

podemos llegar hasta las micras sin que se modifiquen
las propiedades del oro.

Si pudiésemos seguir cortando
la moneda,
al llegar a los nanómetros nos
sorprenderíamos:

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
oro para colorear los
vitrales.


Otro ejemplo lo encontramos más cerca de nosotros.

Azul Maya
El azul maya es una pintura que
fue usada muy frecuentemente en
Mesoamérica.

Hoy se sabe que dicha pintura
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 Pintura mural en Bonampak, Chiapas.
al material su color y estabilidad
característicos.


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
a escala atómica.


INTERDICIPLINIDAD

ECONOMIA
BIOLOGIA
QUIMICA

NANOCIENCIA
Y INGENIERIAS
SOCIOLOGIA
NANOTECNOLOGIA

FISICA ETICA MEDICINA


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)”

“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.

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

Micron 16Gb chip


y construir maquinaria con átomos y
moléculas.


• 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
fabricar dispositivos muy pequeños,
podían operarse en la nanoescala.
• No solamente no se podían manipular
átomos o moléculas individuales sino
tampoco era posible observarlos.

Esto comenzó a cambier en
la década de los ochenta

Se perfeccionaron instrumentos
que ya existían

Se inventaron nuevos
instrumentos.

Los microscopios

Resolución α λ

Luz visible
λ ~3800-7800 Å


Microscopios electrónicos
Usa electrones en lugar de luz
Microscopio Electrónico de Transmisión

Nanoestructuras de 0D

Microscopios electrónicos
Usa electrones en lugar de luz


Microscopio de tunelamiento
electrónico (STM)
1981


Se basa en el
efecto túnel
(efecto
cuántico)


Con el STM podemos ver los átomos

Cada punto brillante corresponde a un
átomo

Con el STM se pueden manipular o
mover átomo por átomo

Prof.
Saw Hla
U. Ohio


APLICACIONES)


Aparatos electrónicos
Uno de los grandes impulsores de la nanociencia y la
nanotecnología ha sido la industria de los semiconductores,
la cual busca y ha permitido la fabricación de aparatos
electrónicos cada vez más pequeños.


O más grandes

OLED


Para los amantes de la musica

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. Centro de Nanociencias y Nanotecnología

Nuevos materiales


Nanocatalizadores
El oro macroscópico es poco
reactivo

Metal noble

Las nanopartículas de oro son
muy reactivas

Catalizadores

CO + O2 → CO2 + O


Celdas solares mas eficientes
flexibles y baratas


Almacenamiento de Hidrógeno

Nanotubos de carbon

Jaulas nanoscopicas de
materiales organometalicos


Diodos y láseres


Luz blanca

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
en 2 dimensiones.

Circuitos con nanotubos de carbón.

Uso del Spin del electrón para almacenar
información: Espintrónica y Computación
cuántica.

Germanio


Invisibilidad


Materiales invisibles

Materiales artificiales o
metamateriales

Para fabricar materiales invisibles a
la luz visible deben de ser
nanoestructuras


MEDICINA


Cancer

Crecimiento
anormal de
ciertas celulas
Formacion de
tumores


Tratamientos

• Cirugía
• Quimioterapia
• Radioterapia

• Se busca eliminar los tumores y las
células cancerosas


Efectos secundarios

• La
quimioterapia
no solo
destruye las
células
cancerosas

• sino también
las sanas Centro de Nanociencias y Nanotecnología

QUEMAR TUMORES CANCERIGENOS

Iluminación IR-cercano (NIR)
(808 nm, 4W/cm2, 3 minutos)

Nanopartículas
de silica
recubiertas de
oro

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

Solamente con radiacion Solamente con las NP NP+IF
Infrarroja


Nanomateriales
para entrega de
fármacos.

Mejoras en:
Eficacia
Reducción de dósis
y 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
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 Centro de Nanociencias Ensenada
y naúseas.y Nanotecnología
UNAM-Campus

SIGLO XVIII-XIX

REVOLUCION INDUSTRIAL

Quién se benefició?

Gran Bretaña

SEGUNDA MITAD DEL
SIGLO XX
REVOLUCION DE LA
ELECTRONICA

Quién se benefició?

Estados Unidos, Japón,
Taiwán, Corea

SIGLO XXI
Las Nanociencias y
Nanotecnología tienen el potencial
de impactar prácticamente todos
los aspectos de nuestras vidas.
Se piensa que estamos ante una
nueva revolución tecnológica.


Quién se va a beneficiar?

LATINOAMERICA?


Lunes 10 de Octubre, 2 pm

Academia Venezolana de Ciencias
Fisicas Naturales y Exactas


• Gracias por su atención

• takeuchi@cnyn.unam.mx


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