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    Nanotecnología Nanotecnología Presentation Transcript

    • NanotecnologíaJavier Juan Castro Sánchez
    • O Concepto.-O La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nanomateriales).O Lo más habitual es que tal manipulación se produzca en un rango de entre uno y cien nanómetros. Se tiene una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot sabiendo que un nanobot de unos 50 nm tiene el tamaño de 5 capas de moléculas o átomos -depende de qué esté hecho el nanobot.O Nano es un prefijo griego que indica una medida (10-9 = 0,000 000 001), no un objeto; de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.
    • O La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales.O Aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.O Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas.O Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.
    • O La característica fundamental de nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales.O Que están altamente especializados, por lo tanto, los físicos juegan un importante rol no sólo en la construcción del microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de la mecánica cuántica.O Alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de ciertos átomos hacen jugar a la química un papel importante.O En medicina, el desarrollo específico dirigido a nano partículas promete ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades.O Aquí, la ciencia ha alcanzado un punto en el que las fronteras que separan las diferentes disciplinas han empezado a diluirse.O Es precisamente por esa razón por la que la nanotecnología también se refiere a ser una tecnología convergente.
    • O HISTORIA.-O Los años 40: Von Neuman estudia la posibilidad de crear sistemas que se auto-reproducen como una forma de reducir costes.O 1959: Richard Feynmann habla por primera vez en una conferencia sobre el futuro de la investigación científica: "A mi modo de ver, los principios de la Física no se pronuncian en contra de la posibilidad de maniobrar las cosas átomo por átomo".O 1966: Se realiza la película "Viaje alucinante" que cuenta la travesía de unos científicos a través del cuerpo humano, los científicos reducen su tamaño al de una partícula y se introducen en el interior del cuerpo de un investigador para destrozar el tumor que le está matando.O Por primera ve en la historia, se considera esto como una verdadera posibilidad científica. La película es un gran éxito.O 1982 Gerd Binning y Heinrich Rohrer, descubrieron el Microscopio de Efecto Túnel (Premio Nobel 1986).O 1985: Se descubren los buckminsterfullerenesO 1989: Se realiza la película "Cariño he encogido a los niños", una película que cuenta la historia de un científico que inventa una máquina que puede reducir el tamaño de las cosas utilizando láser.O
    • O TIPOS DE NANOTECNOLOGÍAO Según la forma de trabajo la nanotecnología se divide en:O A) Top-down: Reducción de tamaño, literalmente desde arriba (mayor) hasta abajo (menor), los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala nanométrica, este tipo de Nanotecnología ha sido el más frecuente hasta la fecha, más concretamente en el ámbito de la electrónica donde predomina la miniaturización.O B) Bottom-Up: Auto ensamblado. Literalmente desde abajo (menor) hasta arriba (mayor), se comienza con una estructura nanométrica como una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado.O Se crea un mecanismo mayor que el mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, que algunos consideran como el único y "verdadero" enfoque nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera extremadamente precisa.O De esta manera podremos liberarnos de las limitaciones de la miniaturización, muy presentes en el campo de la electrónica.
    • O Nano Top Down Nano Botton Up
    • O El último paso para la Nanotecnología de auto montaje de dentro hacia fuera se denomina "Nanotecnología molecular" o "fabricación molecular“.O Ha sido desarrollada por el investigador K. Eric Drexler, se prevé que las fábricas moleculares reales sean capaces de crear cualquier material mediante procesos de montaje exponencial de átomos y moléculas, controlados con precisión.O Cuando alguien se da cuenta de que la totalidad de nuestro entorno perceptivo está construida mediante un limitado alfabeto de diferentes constituyentes (átomos)O Que este alfabeto da lugar a creaciones tan diversas como el agua, los diamantes o los huesos, es fácil imaginar el potencial casi ilimitado que ofrece el montaje molecular.O Algunos partidarios de una visión más conservadora de la Nanotecnología ponen en duda la viabilidad de la fabricación molecular y de este modo tienen una visión contradictoria a largo plazo con respecto a la teoría de Eric Drexler.O El defensor más conocido de la teoría de la fabricación molecular, es importante tener en cuenta de alguna manera esta nota discordante, porque la mayoría de los investigadores involucrados.O Piensan que la madurez de la Nanotecnología es una evolución positiva y que la Nanotecnología mejorará de manera significativa la calidad de la vida en el planeta (y en el espacio) de la población mundial.
    • O Nanotecnología Avanzada.-O La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando a escala molecular.O Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de átomos, las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos.O Así por ejemplo, si reubicamos los átomos del grafito (compuesto por carbono, principalmente) de la mina del lápiz podemos hacer diamantes (carbono puro cristalizado).O Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.O A partir de los incontables ejemplos encontrados en la biología se sabe que miles de millones de años de retroalimentación evolucionada puede producir máquinas biológicas sofisticadas y estocásticamente optimizadas.
    • O Se tiene la esperanza que los desarrollos en nanotecnología harán posible su construcción a través de algunos significados más cortos, quizás usando principios biomiméticos, sin embargo, K.O Eric Drexler y otros investigadores han propuesto que la nanotecnología avanzada, aunque quizá inicialmente implementada a través de principios miméticos, finalmente podría estar basada en los principios de la ingeniería mecánica.O Determinar un conjunto de caminos a seguir para el desarrollo de la nanotecnología molecular.O Es un objetivo para el proyecto sobre el mapa de la tecnología liderado por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios nacionales de EEUU) y del Foresigth Institute, ese mapa debería estar completado a finales de 2006.
    • O Campo de la Nanotecnología.-O Según el campo en el que se trabaja la nanotecnología se divide en:O Nanotecnología Húmeda.-O Esta tecnología se basa en sistemas biológicos que existen en un entorno acuoso incluyendo material genético, membranas, encimas y otros componentes celulares.O También se basan en organismos vivientes cuyas formas, funciones y evolución, son gobernados por las interacciones de estructuras de escalas manométricas.O Nanotecnología Seca.-O Es la tecnología que se dedica a la fabricación de estructuras en carbón, Silicio, materiales inorgánicos, metales y semiconductores.O También está presente en la electrónica, magnetismo y dispositivos ópticos, auto ensamblaje controlado por computadora.O Es también confundida con la micro miniaturización.
    • O Nanotecnología Seca y Húmeda.-O Las ultimas propuestas tienden a usar una combinación de la nanotecnología húmeda y la nanotecnología seca, una cadena de ADN se programa para forzar moléculas en áreas muy específicas dejando que uniones covalentes se formen sólo en áreas muy específicas.O Las formas resultantes se pueden manipulas para permitir el control posicional y la fabricación de nano estructuras.O Nanotecnología computacionalO Con esta rama se puede trabajar en el modelado y simulación de estructuras complejas de escala nanométrica.O Se puede manipular átomos utilizando los nanomanipuladores controlados por computadoras.
    • O IMPACTO EN LA VIDA MODERNA.-O Su impacto en la vida moderna aún parece una historia de ciencia ficción, fármacos que trabajan a nivel atómico, microchips capaces de realizar complejos análisis genéticos.O Generación de fuentes de energía inagotables, construcción de edificios con microrrobots, combates de plagas y contaminación a escala molecular.O Son sólo algunos de los campos de investigación que se desarrollan con el uso de la nanotecnología, conocimiento que permite manipular la materia a escala nanométrica, es decir, átomo por átomo.O Considerado por la comunidad científica internacional como uno de los más "innovadores y ambiciosos" proyectos de la ciencia moderna, la nanotecnología tiene su antecedente más remoto en un discurso pronunciado en diciembre de 1959 por el físico Richard Feynman, ganador del Premio Nobel.O Quien estableció las bases de un nuevo campo científico.O Vinculado a la investigación científica desarrollada por las principales instituciones públicas de educación superior.O La nanotecnología fomenta un modelo de colaboración interdisciplinario en campos como la llamada nanomedicina aplicación de técnicas que permitan el diseño de fármacos a nivel molecular, la nanobiología y el desarrollo de microconductores.
    • O Futura Aplicaciones.-Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidadde Toronto, en Canadá, las quince aplicaciones más prometedoras dela nanotecnología son:O Almacenamiento, producción y conversión de energía.O Armamento y sistemas de defensa.O Producción agrícola.O Tratamiento y remediación de aguas.O Diagnóstico de enfermedades.O Sistemas de administración de fármacos.O Procesamiento de alimentos.O Remediación de la contaminación atmosférica.O Construcción.O Monitorización de la salud.O Detección y control de plagas.O Control de desnutrición en lugares pobres.O Informática.O Alimentos transgénicos.O Cambios térmicos moleculares (Nano termología).
    • O Aplicaciones Actuales.-O Nanotecnología aplicada al envasado de alimentos:O Una de las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de envases para alimentación es la aplicación de materiales aditivados con nanoarcillas.O Que mejoren las propiedades mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los materiales de envasado, en el caso de mejora de la barrera a los gases.O Las nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas gaseosas, lo cual permite conseguir una barrera similar con espesores inferiores, reduciendo así los costos asociados a los materiales.O Los procesos de incorporación de las nanopartículas se pueden realizar mediante extrusión o por recubrimiento, y los parámetros a controlar en el proceso de aditivación de los materiales son:O La dispersión nanopartículas, la interacción de las nanopartículas con la matriz, las agregaciones que puedan tener lugar entre las nanopartículas y la cantidad de nanopartículas incorporada.