Dos experiencias de formación en nanotecnología Angela S.Camacho B. Universidad de los Andes Bogotá Colombia
Contenido Curso Básico Universitario (CBU) Departamento de Física Universidad de los Andes Módulo del diplomado METODOLOGÍA DE LA INVESIGACIÓN Proyectos en Ciencias Básicas Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia (ACAC)
CBU tipo E Número de estudiantes: 80 Prerrequisitos: Ninguno Horas semanales: 3 Créditos:3 DESCRIPCIÓN Nanotecnología es la tecnología generada con objetos cuyo tamaño oscila desde una décima de nanómetro (0,1 nm) a una centena de nanómetros (100 nm). Es, pues, el estudio y control de la materia a nivel atómico y molecular. Las propiedades de la materia a esta escala son sorprendentes permitiendo el desarrollo de nanomáquinas y de materiales inteligentes que ya empiezan a formar parte de nuestra cotidianidad.
Objetivos del curso El curso es de nivel básico y tiene como objetivos comprender los conceptos de la nanociencia, indagar sobre sus aplicaciones en la nanotecnología y revisar el desarrollo de la microelectrónica Todas estas áreas de frontera del conocimiento Distinguir la nanociencia de la nanotecnología y esta última de otras áreas Relacionar la nanotecnología con las ciencias y la sociedad
OBJETIVO DE LOS CURSOS E El objetivo general de los cursos E es desarrollar en los estudiantes de pregrado competencias de pensamiento crítico y analítico, junto con las habilidades de argumentación y reflexión relacionados con los objetivos de aprendizaje propios de cada disciplina mediante el perfeccionamiento de la escritura y el uso del español. Se cuenta con un asistente graduado de docencia que acompaña a los estudiantes en su proceso de escritura. En este acompañamiento se presta especial atención a la trayectoria de la escritura de los estudiante.
Los cursos con componente de escritura académica (cursos E) incorporan la producción de textos en los objetivos pedagógicos del curso, que entran en el proceso de evaluación para que los estudiantes mejoren sus competencias comunicativas, amplíen y profundicen sus conocimientos disciplinares Un porcentaje importante (40% o más) de la nota final en estos cursos se determina por el desarrollo de las habilidades de argumentación, reflexión y pensamiento crítico, así como por el conocimiento de los temas expresados por medio de una buena escritura.
METODOLOGÍA Mediante las presentaciones en las clases, la posterior discusión complementada con las lecturas recomendadas y los trabajos escritos desarrollar un concepto claro sobre la nanotecnología y sus consecuencias en la sociedad actual. Se espera que el estudiante aprecie la interdisciplinaridad mediante la descripción de las herramientas tomadas de las distintas áreas, así como las aplicaciones en Medicina, Biología, Materiales nuevos como cosméticos y nanotransistores Se espera que al final del curso el estudiante escriba en español un artículo corto de divulgación DESARROLLO 3 horas de cátedra por semana. 2 de esas horas se dedican a clase magistral apoyada en materiales audiovisuales. En el tiempo restante se discuten lecturas complementarias (algunas en Inglés), y otras lecturas seleccionadas. En algunas magistrales se ayuda al acompañamiento de la parte escrita.
PROGRAMA 1. Introducción: Qué es la nanotecnología? Qué es la nanociencia? La escala nano y sus implicaciones 2. Feynman y la nanotecnología 3. La luz y su interacción con la materia 4. Nanociencia 5. Física Cuántica 6. De arriba para abajo y viceversa 7. Nanomateriales 8. Nanoestructuras de carbono 9. Nanotecnologia y Biología 10. Nanomateriales bioinspirados 11. Nanomateriales y Química 12. Nanotecnología y Medicina 13. Nanotecnología y Medio ambiente 14. Peligros y oportunidades de la Nanotecnología 15. Nanotecnología y sociedad: Economía, Derecho
EVALUACIÓN PARTE DE CONOCIMIENTOS Evaluación: Instrumento Cantidad Ponderación Total Exámenes parciales 2 10% 20% Examen final 1 20% 20% Trabajos en clase n 20/n % 10% TOTAL 60%
Resumen 1 4% Reseña 1 10% Texto argumentativo (opinión) 1 10% Texto divulgativo (trabajo final) 1 16% TOTAL 40% PARTE ESCRITA Para que los estudiantes tengan oportunidad de mejorar los trabajos escritos, estos se dividirán en dos entregas: La inicial, sobre la cual se dará retroalimentación a los estudiantes y de menor valor, y la final, con las ponderaciones a continuación. Resumen: 2% y 2% Reseña: 4% y 6% Texto argumentativo: 4% y 6% Texto divulgativo: 6% y 10%
BIBLIOGRAFIA Richard Feynman: There is plenty of room at the bottom. 1960 Mark Ratner and Daniel Ratner, Nanotechnology: A gentle introduction to the next big idea, Prentice Hall, 2003 Linda Williams and Dr, Wade Adams, Nanotechnology DeMYSTiFieD, Mc Graw Hill 2007 Noboru Takeuchi, Nanociencia y Nanotecnología, la construcción de un mundo mejor átomo por átomo, UNAM, México. 2009 NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA, entre la ciencia ficcón del presentey la tecnología del futuro, Fundación española para la ciencia y la tecnología, January 2010,
Artículos de actualidad seleccionados de revistas científicas: The little big science, Gary Stix, Sci.Am., pag.32, September 2001 Nanotechnology and the double helix, Nadrian C.Seeman, Sci.Am.pag.65, June 2004 Nanotubes in the clean room, Gary Stix, Sci.Am.pag. 82, February 2005 Powering nanorobots, Thomas E.Mallouk and Ayusman Sen, Sci.Am. Pag.72, May 2009 The rise and fall of nanobacteria,young and Martel, Sci.Am. Pag.52, January 2010
CÓMO ELABORAR UNA RESEÑA?
Reseña Escrito informativo breve para identificar, resumir y extraer una idea innovadora, relevante e importante Desarrollar habilidades de lectura, escritura y pensamiento crítico Identificar la hipótesis principal Identificar la hipótesis sustentada Hacer una lista de palabras claves Resumir enunciados importantes y párrafos centrales Identificar qué sabe ahora, después de leer el texto, que antes no sabía
Estructura que debe tener la reseña Descripción general Ideas principales Tema Propósito del autor Hipótesis o tesis principal del autor Valoración general del artículo ( opinión global ) Argumentos más importantes del artículo que soportan la tesis Crítica Valoración de los argumentos Aportes novedosos o interesantes Virtudes del artículo Comparación con otras obras (opcional) Feynman Drexler Cierre Importancia del texto Por qué se debe leer este artículo? Nanotecnología Personal Conclusión
Descripción general del artículo Tema Propósito del autor Hipótesis o tesis principal Valoración general Cómo lo identifico dentro del artículo? Ejemplo (Texto de Feynman): El objetivo de este artículo es Este artículo intenta Este artículo muestra Tema: El problema de manipular cosas a pequeña escala. Propósito: Describir este tema Mostrar todo lo que sería posible hacer Generalmente es Describir Narrar Persuadir Explicar Describir
Descripción general del artículo Tema Propósito del autor Hipótesis o tesis principal Valoración general Generalmente es una afirmación. Qué se va a demostrar, confirmar o desmentir? o De qué me quiere convencer al autor? Ejemplo (Texto de Feynman): Tesis: Este tema tendría un número enorme de aplicaciones técnicas Este tema nos permitirá conocer los fenómenos extraños que ocurren en situaciones complejas
Descripción general del artículo Tema Propósito del autor Hipótesis o tesis principal Valoración general artículo ( opinión global ) Ejemplo: El texto de Feynman es una invitación a explorar nuevas corrientes (Benjamin Black)
Ideas principales Argumentos más importantes del artículo que soportan la tesis Para sus artículos.. Los científicos utilizan hechos para probar sus tesis. Ellos desarrollan experimentos, y sus resultados son los hechos que soportan su tesis, y los lleva a concluir. Identifiquen los hechos o resultados más importantes que muestran los artículos para soportar la tesis y convencer al lector. Traten de explicar por qué soportan la tesis.
Crítica Valoración de los argumentos Aportes novedosos o interesantes Virtudes del artículo Ejemplos: Los argumentos son Convincentes Claros Pertinentes Útiles No convencen Son confusos El autor muestra ideas interesantes como Es un artículo con un alto nivel de complejidad, pero escrito de manera que las ideas se entienden fácilmente
Comparación con otras obras (opcional) Feynman Drexler Cierre Importancia del texto Por qué se debe leer este artículo en Nanotecnología y a nivel personal? Conclusión Retomar las ideas más importantes de la reseña y sintetizalas. Se debe poder identificar la conclusión del artículo así como lo que cada reseña ha resaltado (bueno o malo) del artículo.
Lectura Identificar Ideas: Importantes Innovadoras Escritura Sintetizar Posición crítica Frente a
Del resumen Este importante científico muestra la novedosa idea, funcional e interesante, de que Mejor Feynman muestra que La conclusión: generalmente retoma las ideas más importantes del texto y las sintetiza. Va de acuerdo a la tesis u objetivo del escrito. Sugerencias Seguir estructura de la oración: Sujeto-verbo-objeto Tratar de ser sencillos, directos, claros, pero textos completos. Vozme, lee escritos teniendo en cuenta ortografía y puntuación. http://vozme.com/index.php?lang=es
CBU Parte 1 Qué es la nanotecnología: Historia, importancia y perspectivas Arriba vs. abajo: Feynmann, Einstein y espectro electromagnético Dimensionalidad, superficie y herramientas Nanociencia y baja dimensionalidad La luz y el electrón Imágenes de Microscopios y manipulación de la materia PRÁCTICA DE AFM
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Centro de Microelectrónica CMUA Practica de microscopia de fuerza atómica (AFM) Profesora Encargada: Alba AVILA El objetivo de esta práctica es familiarizar al estudiante con el microscopio de fuerza atómica (AFM), sus partes, su funcionamiento, la interpretación de datos obtenidos y el tratamiento posterior de los datos.
Metodología:Práctica AFM Descripción de las partes del AFM (2 min) Descripción, montaje y calibración de la punta (5min) Ajustes de los parámetros de control previos al escaneo (3 min) Escaneo de muestra de calibración (5 min) Tratamiento posterior de las imágenes (5 min) Nivelación de la imagen Reducción de ruido Eliminación de cicatrices Análisis de imágenes (5 min) Reconstrucción 3D de la muestra Medición sobre la muestra Obtención de perfiles Preguntas (5min) Duración total de la práctica: 30 min
TALLER AFM Preguntas sugeridas: Cómo detecta el AFM cambios en el perfil de una muestra? Qué ventaja tiene una punta más fina en un AFM? Qué elemento mueve la punta sobre la muestra en este AFM? Qué rangos de altura máxima puede tener una muestra que se quiera escanear en el AFM de la práctica? Qué permite mover la punta del AFM a diferentes puntos sobre la muestra? Se entregará una imagen no muy nítida para que los estudiantes practiquen con el tratamiento de imágenes.
Parte 2 Nanomateriales Carbono Modelos biológicos: Los virus Taller sobre modelos de carbono y de virus La biología y el origen de la vida ADN, Genes y Células Supramoléculas y motores moleculares ADN como materia prima
Parte 3 Movimiento Browniano y matracas cuánticas El demonio de Maxwell Microelectrónica y Nanoelectrónica Plasmónica Computación cuántica y spintrónica Nano, eco y bio toxicología Códigos de conducta y leyes
Módulo del diplomado METODOLOGÍA DE LA INVESIGACIÓN Proyectos en Ciencias Básicas Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia (ACAC) dirigido a profesores de bachillerato y encargados de dirigir proyectos de investigación
PROGRAMA 1.Historia 2.Definiciones: Ciencias Básicas, Ciencias Duras, Ciencias Blandas, Ciencias formales, Ciencias Naturales 3. División de las Ciencias Naturales: Astronomía, Física, Química, Biología, Geología 4. Ciencias cruzadas 5. Nanociencia y Astrobiología
Definición Ciencia Básica Ciencia básica, investigación básica, ciencia fundamental o investigación fundamental (muy a menudo identificada con la ciencia pura, concepto que puede tener otros significados), es la ciencia o investigación científica que se lleva a cabo sin fines prácticos inmediatos, sino con el fin de incrementar el conocimiento de los principios fundamentales de la naturaleza o de la realidad por sí mismo.
Quién la hace? La relación entre la ciencia básica y la ciencia aplicada (que es su concepto opuesto) es crucial para la interrelación denominada investigación y desarrollo o investigación, desarrollo e innovación (I+D o I+D+I), objeto de los estudios de ciencia, tecnología y sociedad (CTS). La investigación básica es principalmente emprendida por las universidades
División de las Ciencias Naturales Astronomía: se ocupa del estudio de los cuerpos celestes, sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos, su registro y la investigación de su origen a partir de la información que llega de ellos a través de la radiación electromagnética o de cualquier otro medio. Biología: se ocupa del estudio de los seres vivos y, más específicamente, de su origen, su evolución y sus propiedades (génesis, nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc.)
SUPRAMOLÉCULAS NATURALES LOS RIBOSOMAS agregados moleculares formados por más de 50 biomoléculas. Responsables de traducir la información genética a proteínas ÉTERES DE CORONA presentan una cavidad en su centro cuyas dimensiones varían en función del tamaño del anillo son capaces de reconocer a los cationes alcalinos. Los enlaces que tienen lugar en química supramolecular son más débiles que en química molecular, resultando en interacciones típicamente dinámicas y reversibles, lo cual es de gran importancia para la nanotecnología.
Ciencias cruzadas Las diferencias entre las disciplinas de las Ciencias Naturales no siempre son marcadas, y estas "ciencias cruzadas" comparten un gran número de campos. La Física juega un papel significativo en las otras Ciencias Naturales, dando origen, por ejemplo, a la Astrofísica, la Geofísica, la Química Física y la Biofísica. Asimismo, la Química está representada por varios campos, como la Bioquímica, la Geoquímica y la Astroquímica.
Un ejemplo particular de disciplina científica que abarca múltiples Ciencias Naturales es la ciencia del medio ambiente. Esta materia estudia las interacciones de los componentes físicos, químicos y biológicos del medio, con particular atención a los efectos de la actividad humana y su impacto sobre la biodiversidad y la sostenibilidad. Esta ciencia también afecta a expertos de otros campos. Una disciplina comparable a la anterior es la Oceanografía, que se relaciona con una amplia gama de disciplinas científicas. La Oceanografía se subdivide, a su vez, en otras disciplinas cruzadas, como la Biología Marina. Como el ecosistema marino es muy grande y diverso, la Biología Marina también se bifurca en muchas subdivisiones, incluyendo especializaciones en especies particulares.
Hay también un grupo de campos con disciplinas cruzadas en los que, por la naturaleza de los problemas que abarcan, hay fuertes corrientes contrarias a la especialización. Por otro lado, en algunos campos de aplicaciones integrales, los especialistas, en más de un campo, tienen un papel clave en el diálogo entre ellos. Tales campos integrales, por ejemplo, pueden incluir la Nanociencia, la Astrobiología y complejos sistemas informáticos. La astrobiología también llamada exobiología, es una disciplina científica, rama de las ciencias biológicas, la cual hace uso principalmente de una combinación de las disciplinas astrofísica, biología y geología para el estudio de la existencia, origen, presencia e influencia de la vida en otros lugares del Universo, excluyendo a la Tierra
Motores biomoleculares Los motores biomoleculares son proteínas que transforman la energía química en fuerza física. Son los motores de nuestro organismo Gracias a ellos late nuestro corazón, se reproducen las células, oímos... La célula eucariota, la que tiene núcleo, es un país en miniatura. En una parte se producen proteínas, que deben de ser transportadas a otra parte de la célula. Así aparecen los barcos de carga, unas proteínas que recorren largas distancias transportando todo tipo de sustancias. LA QUINESINA Una proteína capaz de andar dando pequeños pasos a través de un filamento, gracias a que posee dos estructuras a modo de pies http://www.youtube.com/watch?v=koejwq0o Xc4&feature=related Cada paso que da consume una molécula de ATP y avanza aproximadamente 10 nm.
UN MOTOR El núcleo magnético de una nanopartícula Un corazón de óxido de hiero o de hierro cobalto Se dirige a voluntad desde el exterior Se recubre con moléculas biológicas
Realizar un proyecto de investigación es un RETO
DISEÑAR Y CONDUCIR UN PROYECTO Diseñar y conducir un proyecto propio, es la oportunidad de llevar nuestro aprendizaje a otro nivel y desarrollar habilidades propias de un trabajo científico. Esta es una excelente preparación para aquellos que quieren destinar sus vidas al estudio de las ciencias básicas, así como para aquellos que pretenden fascinarse del mundo que los rodea.
Observación: el primer paso para escoger el tema del proyecto 1) Realizar propias observaciones; por ejemplo tomar un paseo y tomar nota de los organismos que existen alrededor, de los fenómenos que los acompañan, qué hacen, cómo son, con quién están 2) Leer o escuchar las observaciones de otros, en libros, revistas, en el periódico 3) Escucjar las observaciones de los compañeros, y usar estas para plantear propias observacioes. Cualquier método que elija servirá para fijar la pregunta y le dará herramientas para iniciar su proyecto.
Pasando mis observaciones a preguntas Recuerde que de la discusión pueden generarse ideas fascinantes!!!!!.
Documentarse
LECTURAS 1.LOS POLÍMEROS DE IMPRESIÓN MOLECULAR. Moldes plásticos de moléculas específicas 2.MOTORES MOLECULARES: Máquinas microscópicas que se basan en el caos 3.SUPERLENTES:Matriz tridimensional con índice de refracción negativo 4.NANOCUERPOS: pequeñas proteínas extraídas de camellos podrían mejorar los anticuerpos 5.GRAFENO:Un material panacea de un mundo mágico 6. GOTAS NANOSCÓPICAS DE He A BAJAS TEMPERATURAS: Superfluidez y aplicaciones en síntesis química
7.PROTEIN TRANSISTOR STRIKE GOLD: Using two gold nanoparticles to conect an antibody to metal electrodes 8. SELF CLEANING MATERIALS: Application of lotus plants 9. LESS IS MORE IN MEDICINE: Biomedical research, desease diagnosis and possible therapy 10. NANOTECHNOLOGY AND DOUBLE HELIX: DNA also component for making nanoscopic structures and devices
GRACIAS POR SU ATENCIÓN!