Primer Congreso

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Primer Congreso


Línea estratégica de Nanociencia, nanotecnología
y nuevos materiales Tema Nanociencia y
Nantecnología Nuevos materiales inteligentes
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Participantes en la ponencia

• López Rodríguez, Daniel
• Sánchez Blanco, Begoña
• Franco Guisasola, Álvaro
• Hernández López de Castro, Carmen
• Kazkaz Panadero, Ismael
• García Hernanz, Jaime
• Loredo Pérez, Ana
• Azzouz Zizaqui, Ikram
• Arcega Corral, Sabela

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Diferencias entre nanociencia y nanotecnología.

• Nanociencia Conjunto de saberes y metodologías
  dirigidos a estudiar, fabricar y caracterizar
  estructuras funcionales que se encuentren dentro
  de la escala nanométrica (1-100nm) y sus
  propiedades físicas, químicas y
  electromagnéticas.
• Nanotecnología Aplicación práctica de la
  nanociencia en la construcción de materiales,
  estructuras y dispositivos.

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Historia

• 1959 Conferencia de Feynman There is plenty of
  room at the botton.
• 1974 Norio Taniguchi acuña el termino de
  nanotecnología.
• 1981 Creación del microscopio de efecto túnel que
  permite visualizar átomos individuales.
• 1986 Eric Drexler publica Engines of creation.
• 1989 Donald M. Eigler escribe las letras de la
  multinacional IBM usando átomos de xenón.
• 1991 Iijima descubre los nanotubos de carbono.
• 2001 Investigadores de la IBM en Zurich y de la
  Universidad de Delft aplican nanotubos en la
  construcción de un circuito lógico.
• 2002 Creación de un dispositivo de almacenamiento
  con capacidad de un billón de bits por pulgada
  cuadrada.

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Presupuestos en Europa y Estados Unidos.

• En Europa con el Programa Marco se han destinado
  3475 millones de euros entre 2007-2013.
• En Estados Unidos se ha incrementado desde 464
  millones de dólares en 2001 a 1500 millones en
  2009 .

Evolución del gasto mundial
División por sectores público y privado
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Centros de investigación en España

• CSIC
• Institut de biología molecular de Barcelona
• Instituto de sistemas optoelectrónicos y
  microtecnología (ISOM)
• Instituto universitario de investigación en
  nanociencia de Aragón (INA)
• Laboratorio de física de sistemas pequeños
• Parque científico de Madrid
• Nanotec electrónica S.L. (Empresa más relevante
  en esta campo)
• Instituto nacional de tecnología aeroespacial
  (INTA)

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Centros de investigación en Europa.

• MESA Instituto de nanotecnología (Universidad
  de Twente, Países Bajos)
• Grupo de Investigación en Nanobiología
  (Universidad de Greenwich, Reino Unido)
• MINATEC (Instituto Nacional Politécnico de
  Grenobel, Francia)
• Laboratorios de IBM (Zurich, Suiza)
• IMEC (Bélgica)
• Centro de Nano y Microtecnología, Real Instituto
  de Tecnología. (Suecia)

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Aplicaciones.

• Nuevos materiales
• Nanobiotecnología
• Biología molecular
• Nanomedicina
• Cura de enfermedades
• Fabricación de medicamentos
• Nanoelectrónica
• Nanocomputación
• Almacenamiento de datos
• Nuevos semiconductores
• Medio ambiente
• Formas de energía
• Contaminación
• Industria

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Nuevos materiales

• Fullereno
• Moléculas con átomos de carbono cerradas sobre si
  mismas diferenciándose entre ellas en el número
  total de átomos de carbono. (La más abundante en
  la naturaleza es la molécula de carbono 60)
• Hace referencia a las cúpulas de Buckminster
  Fuller.
• Está formado por 12 pentágono y 20 hexágonos.

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• Nuevos materiales

• Nanotubos
• Estructuras cilíndricas compuestas por láminas de
  redes hexagonales curvadas. El material usado por
  excelencia es el carbono.
• Publicación del artículo en el que se hace
  referencia por primera vez a un nanotubo de
  carbono por Iijima en 1991 en la revista Nature.

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Nuevos materiales

• Clasificación de los nanotubos
• Atendiendo al número de capasSingle wall
  nanotubes (SWNTS)Multiple wall nanotubes (MWNTS)
• Atendiendo a sus extremos
• Abiertos
• Cerrados
• Atendiendo al material de composición
• De carbono
• Nitruro de boro
• Platino
• Silicio

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Nuevos materiales

• Técnicas de fabricación de nanotubos de carbono
• Ablación láser plegamiento de láminas de grafito
  mediante la irradiación con un rayo láser,
  formando el nanotubo.
• Descarga de arco aplicación de una chispa a una
  lámina de grafito, provocando la formación de
  nanotubos.
• CVD (Deposición química por vapor) reacción de
  una mezcla de gases en el interior de una cámara
  de vacío para dar lugar a la formación de un
  material en forma de capa delgada.

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Nuevos materiales

• Propiedades físicas
• Mecánicas
• Resistencia mecánica extraodinaria (tensión
  máxima de 150 GPa)
• Elásticas resistencia a esfuerzos de deformación
  intensos manteniéndose en la zona elástica
• Eléctricas
• excelente conductividad (10 9 A/cm 2)
• Comportamiento aislante, semiconductor, conductor
  o superconductor.
• Térmicas estables a 2800ºC en vacío y 750ºC en
  el aire
• Susceptibilidad de modificar las propiedades
  mediante dopado con metales o gases.

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Nuevos materiales

• Aplicaciones de nanotubos
• Fabricación de componentes de automóviles que
  permitan un gran amortiguamiento en un impacto.
• Fabricación de materiales ligeros usados en la
  industria aeroespacial.
• Fabricación de materiales de construcción muy
  resistentes (adecuado para edificios que sufren
  movimientos sísmicos).
• Tejidos ignífugos, trajes de seguridad y ropa
  anti-bacterias y anti-manchas.
• Fabricación de complementos deportivos.
• Almacenamiento de hidrógeno.
• Filtración de agua y aire.
• Implantación en circuitos a pequeña escala y
  chips.
• Fabricación de transistores y condensadores de
  gran capacidad.

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Nuevos materiales

• Nanobiopolímeros
• Son sustancias que permiten adaptar situaciones
  in vivo para distintos entornos gracias a la
  selectividad de sus propiedades.
• Clasificación
• Bioinertes
• Biocompatibles
• Bioactivos
• Ejemplo el ADN, la policaprolactona.

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Nanomedicina y nanobiotecnología

• Nanomedicina
• Es la ciencia que trata de la aplicación de la
  nanotecnología a la medicina mediante el uso de
  nanorobots, nanotubos o materiales a la misma
  escala que trabajan de manera selectiva e
  implantados en el organismo.
• Nanorobots son dispositivos a escala nanométrica
  para realizar una tarea específica en el interior
  de un organismo.
• Nanobiotecnología
• Es una rama de la nanotecnología basada en el uso
  de estructuras biológicas y materiales orgánicos.

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Nanomedicina y nanobiotecnología

• Aplicaciones actuales
• Cura de enfermedades
• Tratamiento de enfermedades degenerativas del
  sistema nervioso, mediante la sustitución de las
  neuronas dañadas por nanotubos de carbono ya que
  debido a sus propiedades no son rechazadas por el
  sistema nervioso.
• Tratamiento del cáncer mediante el tratamiento de
  los tumores con nanotubos.
• Utilización del ADN como material (cubo hecho de
  ADN, dispositivos nanomecánicos basados en ADN).
• Uso de nanorobots para el ensamblaje de
  dispositivos mecánicos a escala nanométrica.

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Nanomedicina y nanobiotecnología

• Aplicaciones futuras
• Cura de enfermedades
• Modificación del ADN para evitar la transmisión
  de enfermedades hereditarias o tratamiento de
  enfermedades genéticas.
• Sustitución de neuronas dañadas en algún tipo de
  accidente.
• Creación de ciborgs criatura compuesta por
  elementos orgánicos y artificiales.
• Sustitución de órganos inoperativos por
  dispositivos que hacen la misma función.
• Liberación de medicamentos de forma controlada y
  local en el organismo.
• Implantación de nanotubos de platino en el
  torrente sanguíneo para poder tratar cualquier
  parte del cerebro sin ocasional daños
  colaterales.

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Nanomedicina y nanobiotecnología

• Aplicaciones futuras
• Ampliación de las capacidades humanas
• Manipulación del ADN
• Conexión a dispositivos externos
• Creación de nuevos chips a partir de ADN (Empresa
  IBM)

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Medioambiente y biocombustibles

• Las zeolitas
• Minerales de aluminio, silicio y oxígeno que
  presentan una estructura ordenada de micro o
  nanoporos que permiten o no el paso de algunas
  moléculas.
• Tienen usos como catalizadores en la industria
  petroquímica y como tamices moleculares en la
  purificación de gases y líquidos.
• Almacenamiento de hidrógeno
• Quimisorción proceso mediante el cual el
  hidrógeno se almacena en nanotubos de carbono
• Posible nueva fuente de energía
• Una mezcla de hidruro de litio y nanotubos de
  carbono rellenos de oro demostró ser capaz de
  convertir la radiación en electricidad

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Riesgos y problemas

• La inhalación de nanotubos de carbono inhibe el
  sistema inmunológico.
• La ingestión de nanopartículas es tóxica y
  disminuye la eficacia de mecanismos de depuración
  y protección interna.
• La falta de legislación puede llevar a un cierto
  descontrol dentro del desarrollo de estas
  tecnologías.
• La aplicación de estas tecnologías a líneas de
  investigación armamentísticas puede evolucionar
  en armamentos demasiado potentes.
• Ciertas nanopartículas a partir 30 nm pueden
  reaccionar con compuestos del organismo de manera
  perjudicial.

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Futuro de la nanotecnología

• Los nanotubos de carbono se pueden usar para
  crear un nuevo tipo de fotosíntesis artificial.
• Desarrollo de transistores y memorias de mayor
  capacidad (Nanoelectrónica)
• Desarrollo de nuevos chips que podrían servir
  como integrantes de un posible computador
  cuántico.
• Uso de la molécula de ADN para fabricar chips que
  permitirían una nueva generación de ordenadores.
• Desarrollo de la espintrónica.
• Construcción de nuevos materiales moleculares
  (Desarrollo de técnicas bottom-up).

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Conclusiones

• Ciencia horizontal que influye en el resto de
  ciencias básicas
• España es uno de los países que menos invierte en
  nanociencia en la Unión Europea
• Los nanotubos son un elemento esencial para el
  desarrollo de la nanotecnología.
• La acción estratégica de nanotecnología del
  Ministerio de ciencia se basa en la creación de
  nuevos materiales, en la nanomedicina y el
  desarrollo del medio ambiente.