ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

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1 NANOTECNOLOGIA Y APLICACIONES Programa de Formación SENA ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

2 TABLA DE CONTENIDO Presentación 3 Concepto de nanociencia y nanotecnología 11 Contexto histórico de la nanotecnología 21 Términos técnicos de la nanotecnología 28 Consideraciones finales 29 Referencias 30 Créditos 31 Resultado de Aprendizaje: Evaluar las propiedades fisicoquímicas de los materiales de acuerdo con características de la materia a nanoescala. Conocimientos de Concepto: Concepto de nanociencia y nanotecnología, contexto histórico de la nanotecnología, términos técnicos de la nanotecnología. Conocimiento de Proceso: Conocer los procesos de fabricación a nanoescala. Criterios de Evaluación: Identifica las diferentes aplicaciones de la nanotecnología y comprende cuando es de nanotecnología y cuando no, según estándares internacionales, entendiendo el comportamiento fisicoquímico de los materiales. APLICACIONES 2

3 PRESENTACIÓN Bienvenido al programa de formación Nanotecnología y Aplicaciones! Durante la primera Actividad de Aprendizaje, usted tendrá la oportunidad de realizar un viaje al diminuto mundo nano, donde aprenderá conceptos como nanociencia y nanotecnología. Al mismo tiempo viajará en el tiempo para conocer el contexto histórico y algunos términos técnicos relevantes en el campo de la nanotecnociencia. APLICACIONES 3

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11 CONCEPTO DE NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA Estimado aprendiz, a continuación encontrará una serie de recursos relacionados con Nanociencia y Nanotecnología. CONCEPTO DE NANOCIENCIA Biblioteca de la Nanociencia Nanoreisen En: CONCEPTO DE NANOTECNOLOGÌA Nanotecnología: el gran reto de lo pequeño Esquema gráfico HISTORIA DE LA NANOTECNOLOGIA Viaje a través de la historia APLICACIONES 11

12 BIBLIOTECA DE LA NANOCIENCIA Bienvenido a la biblioteca de nanociencia! Comience haciendo clic en el libro de su interés. No olvide hacer un recorrido completo por cada uno de ellos. 1. EL MUNDO DE LA NANOCIENCIA. 2. ENCICLOPEDIA DE NANOTECNOLOGÍA. 3. AVANCES Y PROGRESOS DE LA NANOTECNOLOGÍA. 4. CONTEXTO HISTÓRICO DE LA NANOTECNOLOGÍA APLICACIONES 12

13 EL MUNDO DE LA NANOCIENCIA Ejemplo : determinar la estructura de una molécula, su diseño y propiedades fìsicas y químicas Entonces nanociencia es el estudio de fenómenos y principios fundamentales que rigen el comportamiento de macromoléculas y estructuras que tienen al menos una de sus dimensiones con longitud entre unos pocos y varios cientos de nanómetros, de sus propiedades y de sus posibles aplicaciones y transformaciones. Es la ciencia que se ocupa del estudio de los objetos cuyo tamaño va desde cientos a décimas de nanómetros. Nanociencia: Tecnología de crear y diseñar objetos nuevos funcionales a nanoescala. APLICACIONES 13

14 ENCICLOPEDIA DE NANOTECNOLOGÍA. Nuevos medicamentos Celdas de combustible Drugs Delivery Sistemas Imunológicos Protectores solares Implantes ADN Sistemas naturales Células GAUSSIAN Cosméticos Bio-Física Bio-Química Modelos Tintas Moléculas Polímeros QUÍMICA MEDICINA Sólidos BIOLOGÍA NANO INFORMÁTICA Simuladores Herramientas Hückel MOLPRO GAMESS Computación quántica Aditivos Catalisadores FÍSICA INGENIERÍA Átomos Materiales Electrónica Lubrificantes Nanotubo Piezas automotoras Cerámicas Purificadores Equipamentos militares Chips de computador Microscopía Semiconductores Quántica Displays Baterías Compuestos de carbono Materiales magnéticos APLICACIONES 14

15 AVANCES Y PROGRESOS DE LA NANOTECNOLOGÍA Nanotubo de carbono. Copa de lycurgus APLICACIONES 15

16 Carro Nanoescala Batería de litio y virus APLICACIONES 16

17 Crean un biosensor con nanotecnología que elimina bacterias de la comida : Ejemplificación: aplicaciones de la nanociencia y la nanotecnología : Nanotecnología en Colombia : Células madre y nanotecnología para regenerar cartílago : Microscopio de fuerza atómica. APLICACIONES 17

18 Nanotecnología: el gran reto de lo pequeño A lo largo de la historia, la humanidad ha identificado grande con poderoso, eficaz, eficiente. Lo grande producía respeto, temor, reverencia y asombro. Las maravillas del mundo antiguo eran grandes. Los mayores logros de la ingeniería de finales del siglo XIX y comienzos del XX se identifican con lo grande: grandes puentes, grandes ferrocarriles, grandes carreteras, grandes barcos... Lo eficaz, lo útil, lo rentable requería tamaño. El tamaño sí importaba. Lo pequeño encontraba su sitio en curiosidades como miniaturización de códices o, a lo más, en algunas maquinarias de precisión como el reloj de bolsillo, probablemente una de las tecnologías más sofisticadas que conocieron nuestros abuelos. Lo pequeño entra de forma decisiva en el reino de lo útil con la microelectrónica. Lo pequeño es más rápido, más poderoso, más eficiente. La mecánica cuántica abre el camino para la comprensión de la estructura de la materia escala microscópica y, junto con la mejoría en las técnicas de vacío, lleva al descubrimiento del transistor. La subsiguiente revolución microelectrónica ha cambiado la forma de relacionarnos, de trabajar, de comunicarnos, la forma de vivir, la cultura... El concepto de chip surge en los años 50, cuando se comprende la posibilidad de integrar todos los elementos de un circuito electrónico en una pieza de silicio. Durante las dos primeras décadas de la revolución de la miniaturización, el prefijo micro es el adecuado. Cuando investigadores de IBM consiguen escribir en 1976 USA 1976 en letras de oro de 10 nanómetros, la electrónica entra en el reino de lo nano. El prefijo nano significa la milésima parte de la micra. En un sentido general, nanociencia y nanotecnología se refieren al estudio de materiales y procesos en los que, al menos en alguna de sus dimensiones, las distancias relevantes son del orden del nanómetro. Existe un consenso según el cual para que algo sea etiquetado como APLICACIONES 18

19 nano las dimensiones relevantes tienen que ser mayores que el átomo, pero lo suficientemente pequeñas como para que sus propiedades y comportamiento sean diferentes de lo macroscópico. En muchos aspectos, la naturaleza define sus propiedades a escala nanométrica. No es el átomo de hierro el que define su función; es el entorno nanométrico. La hemoglobina es una máquina molecular, así la definió quien reveló su estructura: Max Perutz. Las propiedades del acero, su flexibilidad, su resistencia, se fijan en la escala nano, no en la atómica. Nano se refiere a los bloques más pequeños constituyentes de la materia que hacen que algo funcione de una determinada forma. Nanociencia y nanotecnología no son avances específicos surgidos de una disciplina determinada, sino una forma de aproximarse a la materia que afecta a todas las áreas de la ciencia y la tecnología. La física, la biología, la química convergen en lo nano abriendo un abanico de infinitas posibilidades. Nanotecnología es, pues, mucho más que una nueva disciplina, es mucho más que una mera continuación de la microelectrónica. La nanotecnología, o más propiamente las nanotecnologías, abarcan todas las disciplinas desde medicina a ingeniería. El potencial de la nanotecnología es aparentemente infinito: se nos promete de todo desde lo más mundano, como superficies superhidrofóbicas y autolimpiables, hasta lo más fantasioso, como submarinos diminutos recorriendo el torrente sanguíneo. Seguramente, los mayores impactos, como ha ocurrido otras veces, surgirán donde ni siquiera imaginamos. Todavía estamos lejos de ser capaces de crear nanocomponentes y agruparlos en nanosistemas en un determinado lugar para realizar una función específica. Existen, además, nubes en el horizonte. El impacto de lo nano en la salud y el medio ambiente debe ser abordado con intensidad, seriedad y rigor científico. No es bueno, además, presentar la nanotecnología como el remedio a todos los males. Exageraciones desmesuradas pueden provocar un efecto boomerang que perjudique a su propio desarrollo. Por ello, una información adecuada es una necesidad social. Tomado de: Etxenike, P. (2007). Nanotecnología el gran reto de lo pequeño. APLICACIONES 19

20 Hasta el momento habrá podido explorar que la nanotecnología se mueve en diferentes campos, por lo tanto es necesario que se interese en algunos conceptos que giran alrededor de ella. Revise el siguiente mapa conceptual y saque sus propias conclusiones. Estudio de los fenómenos a escala atómica, molecular y macromolecular, donde las propiedades varían en comparación con la macro escala(4) Ciencia conducida a nanoescala (1-100nm)(3) NANOTECNOLOGíA Nano viene del griego "nano" que significa `Enano`(5 ) Entedimiento de la materia a escala atómica y búsqueda de sus aplicaciones (5) APLICACIONES 20

21 CONTEXTO HISTÓRICO DE LA NANOTECNOLOGÍA Prenanotecnología. Copa de lycurgus. Vitrales de la edad media. Espada de damasco. Langmuir y Bodgett introducen el modelo de monocapa. Richard Feynman da su discurso There is plenty room at the bottom donde describe la manipulación de materia a pequeña escala. El profesor Norio Taniguchi le da el nombre a este campo en el artículo On the basic concept of nanotechnology Gerd Binning y Heinrich Roher inventando el microscopio de escaneo tunel que permitió ver y manejar átomos de manera individual. Siglo IV dc APLICACIONES 21

22 Investigadores de la universidad de Rice descubren los fulerenos conocidos como buckyballs, los cuales son usados para hacer nanotubos de carbono. Hoy en día son los nanomateriales más ubicuos. Se inventa el microscopio de fuerza atómica en Zurich en los laboratorios de investigación de IBM. IBM en el laboratorio de California deletrea el logo de la compañía usando átomos de Xenon, demostrando posteriormente la manipulación de nanopartículas. Sumio Iijima de NEC crea un nanotubo de carbono APLICACIONES 22

23 El consejo de ciencia y tecnología de la casa blanca crea el grupo de Nanotecnología para la financiación de proyectos en nanotecnología. Aparecen en el mercado global los primeros productos que emplean nanotecnología. El presidente Bill Clinton lanza la iniciativa Nacional para el Avance de Nanotecnología. Hallas, West y colaboradores desarrollan nanocapsulas de oro con capacidad de absorción cerca al infrarojo, lo cual sirve como plataforma para el diagnóstico de cancer de mama, sin usar métodos invasivos APLICACIONES 23

24 La comisión europea crea la estrategia europea alrededor de la nanotecnología. La Real Sociedad Británica y la Real Academia de Ingeniería publican Nanociencia y nanotecnología oportunidades e incertidumbres. Se crea el primer College de Ciencia de nanoescala e ingenierìa. Erik Winfree y Paul Rothemund del Instituto de Tecnología de California desarrollan teorías de "la computación basada en ADN y "autoensamblaje algorítmico". Tour y Colaboradores de la Universidad de Rice crean el primer carro a nanoescala. Angela Belcher y colaboradores del MIT desarrollan la primera batería de iones de litio usando virus que no son dañinos para la salud APLICACIONES 24

25 Se publica por primera vez la Iniciativa Nacional de Investigación en Nanotecnología relacionada con medio ambiente, salud y seguridad Naadrian Seeman y colaboradores de la Universidad de Nueva York crean simuladores ADN de dispositivos robóticos a nanoescala IBM crea un mapa tridimensional de los relieves mundiales, demostrando que los patrones a nanoescala reducen costos en áreas como: electrónica, optoelectrónica y medicina Fuente original tomada de: APLICACIONES 25

26 Colciencias Selecciona el área de nanotecnología y materiales avanzados como una de sus áreas estratégicas para el desarrollo de la productividad y competitividad colombiana Colombia Se crea el Consejo de Nanociencia y Nanotecnología, se instala una red de investigación de nanotecnociencias en universidades colombianas Colombia Se incluye la Nanotecnología y Nanociencia en el texto de Plan Nacional de Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación elaborado por Colciencias Colombia APLICACIONES 26

27 El SENA crea el primer programa para la enseñanza de la Nanotecnología a niños de secundaria de poblaciones vulnerables. La Universidad de Los Andes crea el Primer Encuentro de Micro y Nanoelectrónica. Se realiza en Medellín el Workshop en Nanotecnología en energía y aplicaciones médicas Colombia 2010 Colombia 2013 Fuente original tomada de Explore la siguiente línea de tiempo, con las acciones en educación, formación e innovación en micro y nanotecnología SENA: APLICACIONES 27

28 TÉRMINOS TÉCNICOS DE LA NANOTECNOLOGÍA Bottom up: Es la construcción de estructuras orgánicas e inorgánicas átomo- átomo, molécula- molécula. Buckyball: Nombre popular que se le da a un fullereno. Nanociencia: El estudio de propiedades únicas de la materia a nanoescala, es un campo interdisciplinario de la ciencia que combina a la ciencia de materiales, física, química de moléculas complejas y disciplinas relacionadas. *Nanocompuesto: Material compuesto de una o más sustancias de las cuales una tiene dimensiones a nanoescala, por ejemplo, nanopartículas dispersas sobre un material sólido. Nanoescala: Rango de talla que va desde 1-100nm. Nanofabricación: Término general que hace referencia a crear y ensamblar estructuras a nanoescala. Nanómetro (nm): Unidad de medida que corresponde a la billonésima parte de un metro o la millonésima parte de un milímetro. Nanoporo: Sustancias que tienen orificios o nanoporos a nanoescala. *Nanotubo: Estructuras cilíndricas, huecas cuyo diámetro es menor a 5nm, generalmente están compuestas de carbono pero no necesariamente, se caracteriza por su alta resistencia y sus propiedades eléctricas. *Estas referencias fueron tomadas de APLICACIONES 28

29 CONSIDERACIONES FINALES Querido aprendiz, espero que haya aprendido más sobre nanotecnología y haya solucionado algunas de sus dudas con respecto a este maravilloso y emergente mundo. Nos veremos en la siguiente Actividad de Aprendizaje! APLICACIONES 29

30 REFERENCIAS Etxenike, P. (2007). Nanotecnología el gran reto de lo pequeño. Revista Cic Network, Ciencia y tecnología, Abril 2007 (No.1). P. 4. Recuperado de Gil, F. (16 de mayo de 2009). Células madre y nanotecnología para regenerar cartílago. Ciencias y sociedad. Recuperado de Martínez, f. y Turégano García. Ejemplificación. Aplicaciones de la nanociencia y de la nanotecnología.. En Ciencias para el mundo contemporáneo. Guía de recursos didáctico. Recuperado de Nanotecnología en Colombia. Recuperado de Nanotechnology Timeline. Recuperado de Nano Terms. Recuperado de Perry, Y. (14 de marzo de 2013). Crean un biosensor con nanotecnología que elimina bacterias de la comida. Diario Alt1040 Recuperado de APLICACIONES 30

31 CRÉDITOS Líder de Proyecto: Jairo Antonio Castro Casas Expertos temáticos: Andrea Reyes Meneses Asesor Pedagógico: Mónica Patricia Osorio Martínez Guionistas: Beatriz Helena Duque Ospina Óscar Darío Cardozo Garzón Óscar Iván Pineda Cespedes Programadores: Diego Rodríguez Ortegón José Felix Arizala Segura Mayra Durango Equipo de Diseño: Gabriel David Suárez Vargas Guillermo Armando Aponte Celis Jhonny Ronald Narváez Olarte Julián Mauricio Millán Bonilla Leonardo Stiglich Campos APLICACIONES 31