nanotecnologia sobre la arena
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Charla-coloquio I+De La Canyada+iorganizada por la Asociación de Vecinos de La CanyadaPor Daniel Beltrán Porter, catedrático de Química Inorgánica de la Universitat de ValènciaTRANSCRIPT
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-'Súper' arena mejoraría filt rado de agua Arena recubierta con nanopartículas brinda método
simple y barato de filtración de agua removiendo
cinco veces más impurezas que arena común.
7 julio 2011 | EN
-Nanopartículas suelt as: peligrosas para cultivos ?Las nanopartículas usadas en bienes de consumo pueden impedirel crecimiento del trigo si penetran en los suelos, según científicos chinos.18 may 2011 | EN | 中文
http://www.scidev.net/es/
-Tejidos a energía solar i lumin an aldeas remot asCeldas solares flexibles tejidas en la ropa pueden proporcionarenergía y luz a comunidades remotas sin acceso a electricidad.25 abril 2011 | EN | ES | FR
-Optim aSoil- “Efecto Loto” en arena
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Nano Rescues Skin: Shrimp Shell
Nanotech for Wound Healing and Anti-Aging Face CreamMarch 16, 2012 — Nanoparticlescontaining chitosan have been shown tohave effective antimicrobial activity againstStaphylococcus saprophyticus andEscherichia coli. The materials could beused as a protective ...
Nanopills Release Drugs Direct ly f romthe I nside of CellsMarch 16, 2012 — Researchers in Spainhave created nanoparticles which canrelease drugs directly from the cells'interior. The technology, which has beennamed "nanopills," was licensed to a firmthat has verified ...
Some Flame Retardants Make Fires More
DeadlyMarch 27, 2012 — Some of the flameretardants added to carpets, furnitureupholstery, plastics, crib mattresses, carand airline seats and other products tosuppress the visible flames in fires areactually
Engineers Creat e Tandem PolymerSolar Cells That Set Record forEnergy-ConversionFebruary 13, 2012 — Researchers inCalifornia report that they havesignificantly enhanced polymer solar cells'performance by building a device with anew "tandem" structure that combinesmultiple cells with different
Science Daily http://www.sciencedaily.com/
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¿¿ cuánto….. ???
Nano…….. pequeño
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Espacio-Tiempo………..………………….escalas
• Cosmología:• Origen del Universo ……hace 13700 millones de años
• Edad de la Tierra ……… hace 4500 millones de años
• Geología
• Paleteología• Dinosaurios : hace 220 millones de años hasta su extinción hace
65 millones de años (dominaron la Tierra 150 millones de años)
• Mamíferos: hace 180 millones de años
• Primates: hace 65 millones de años
• Australopitecus: hace 4 millones de años• Homo Sapiens: hace 100.000 años
• Homo Sapiens Sapiens: hace 10.000 años
• Nuestra civilización (escritura-Historia) hace 5.000 años
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Espacio-Tiempo ……………..escalas
Astronomía… distancias interestelares
Tierra –Luna .. 350.000 Km (1 s luz)
Tierra-Sol … 149.600.000 Km (8 min-luz)
Tierra –Próxima Centauri….
…. 40.630.000.000.000 Km (4.2 años-luz)
Tierra –Sirio (8.6 años-luz)
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Escalas …….en fenómenos científicos“terrestres actuales”
Tiempo
Espacio
metro 1.000 1.000.000 1.000.000.000 1.000.000.000.000
mili m micro m nano m pico m
segundo 1.000 1.000.000 1.000.000.000 1.000.000.000.000 1.000.000.000.000.000
mili s micro s nano s pico s fempto s
Shim adzu HPV1: Camara que graba a 1 mil lón de fot ogramas por segundo: unfotograma cada microsegundo ¡¡¡
cabello 0.08mm 80 microm 80.000 nm
Logo de NanoYou grabado en un cabellohumano.Grosor de una letr a = 2,000nm
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atómica/ molecular
nanométrica
micromét r ica macroscópica
Todas las escalas son importantes
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¿Qué es nanotecnología?• Nanotecnología es la ciencia del diseño, producción y usos de estructuras
y dispositivos con dimensiones (al menos una) de menos de 100nanometros.
• La Nanotecnología posee un enorme impacto social. Ya se usa en lossectores de la energía la información y la comunicación.También se usa en
cosmética y filtros solares, en el sector textil , en recubrimientos desuperficies en la industria alimentaria y en medicamentos y productosmédicos. También tiene aplicaciones en el control de la polución delentorno.
• Las nanopartículas pueden tener propiedades y efectos muy diferentes alos del mismo material en mayores tamaños. Esto puede generar riesgosnuevos para los seres vivos.
• Las nanopartículas pueden también dispersarse y persistir en el entorno
con efectos todavía no bien conocidos.
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Futuro
1. Cada átomo donde se desee
2. Cualquier estructura descrita a nivel molecular
3. Coste ≤ Coste Reactivos + Energía
b. 1974, Nori Taniguchi: “Nanotecnología”
c. Definición Actual: Nanotecnología Molecular
Escala nanométrica
Historia
a. 1959, Richard Feynman
1 metro10 cm1 cm100 μm10 μm1 μm100 nm10 nm1 nm
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Estado actual de la Nanotecnología
• La ciencia de lo nanoscópico se fundamenta en los desarrollos de la Química, la
Física, las Ciencias de la vida la Medicina y la Ingeniería. La Nanotecnología tienesu desarrollo actual en diversas areas científicas:
• En ciencia de materiales, las nanopartículas permiten la preparación deproductos con nuevas propiedades ( p ej mecánicas: fricción superficial, adhesión,…)
• En biología y medicina, los nanomateriales se usan para mejorar el diseño,transporte y selectividad celular de los medicamentos.
• Muchos productos de consumo, cosméticos, cremas solares, fibras textiles,
colorantes y pinturas y barnices tienen mejores propiedades gracias a la presenciade nanopartículas.
• En ingeniería electrónica se utilizan nanotecnologías para diseñar sistemas dealmacenamiento de datos m´ñas eficientes (pequeños, rápidos, bajo consumo). Los
componentes más pequeños de un chip electrónico son nanométricos.• Nuevos conceptos e instrumentos de microscopía
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Antibacterial Kitchenware by Nano Care Technology, Ltd.
Antibacterial Pet Products by Nano Care Technology, Ltd.
Stealt h CNT® Baseball Bat by Easton® Sports, Inc
First Response® Home Pregnancy Test by Carter-Wallace®
Ej emplos de productos de consumo “ nano”(no es publicidad!!)
AccuFlex® Evolu t ion Golf Shaft by Accuflex®
Wilson® nCode® Tennis Rackets by Wilson®
Atom ic Snow® I zor Skis by Atomic Snow®
Nano Cosmetics by SongSing Nano Technology Co., Ltd.
Eddie Bauer® Water Shorts by Eddie Bauer®
Dockers® Go Khaki® by Dockers®
DEPORTE YDI VERSI ON
ROPA
PERSONAL
Enseres domést icosEagle One Nanowax ® by Eagle One
Zelens® Fullerene C-60 Eye Cream by Zelens®
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¿De qué dependen las propiedades físicas yquímicas de las nanopartículas?
• Las propiedades de las nanopartículas dependen de su tamaño, forma,características de su superficie y de su estructura interna y composición.
• Las propiedades se modifican en presencia de moléculas externas.
• La composición y los procesos que pueden tener lugar en su superficiepueden ser muy complejas.
• Las nanopoartículas pueden permanecer separadas o agrupadas entre sí.Su comportamiento se modifica en relación con esa agrupación.
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Oro/plata
oro
plata
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Cristales y superficies
Cu(100) + CH3O
Cu(100)
Cu(100)+C2H2
Cu(410)+(1x1)-O
Cu(100)+(2r2xr2)R45-2O
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¿Cómo se forman la nanopartículas?
Pueden formarse nanopartículas libres medianteprocesos naturales (incendios, evolución en los
suelos, etc)
Pueden sintetizarse mediante procesos deingeniería química y tecnologías avanzadas
o también…….
Humic Acid-Induced Silver NanoparticleFormation Under Environmentally Relevant
Conditions
Gold Nanopart icles for cancer celldetection
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Rutas posibles de exposición a nanopartículas teniendo en cuenta sus probables usos
Se sabe poco de la toxicidad de los nanomateriales
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Masa/ Volumen (tamaño) -Superficie
• 1 cubo de 1m x 1m x 1m V= 1m3 S= 6 x 1 m2
• 8 cubos de ½ m de lado V=8x(1/2)3= 1m3 S= 6x8x(1/2)2
• 8 n cubos de 1/2n m de lado V=8n(1/2n)3=1m3 S= 6x8nx(1/2n)2
• Si el cubo se desmenuza en nanocubos iguales de 10nm delado (n= 27 aprox); el volumen será (obviamente) el mismo..(1m3)…………pero la superficie medirá alrededor de 610 km2!!
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• Preparemos partículas de 40nm (n=24)
• 1m3
de esas partículas tiene una superficie de 100Km2
2.67g de sílice (arena) nanoparticulada de
40nm de lado tienen una superficie exterior de 100m2
superficie específica de 37.5 m2/g
!!! la superficie de 1g equivale a la
de un cubo único de 70Kg ¡¡¡
Tomemos…….. arena: densidad 2.67 g/cm3
Un 1% de los átomos de oxígeno estarán en la superficie
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20
¿es posible aumentar la superficiede partículas (nanométricas) sin
disminuir su tamaño?
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Cont rol panoscópico en m at erialesmesoporosos. Apl icaciones en medioambiente, biotecnología y medicina.
Grupo de Materiales Nanoest ructu radosI CMUV-UVEGAp. Correos 22085 46071- Valencia
P.AmorósA.BeltránJ.LatorreC.Guillem
(D.Beltrán)
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22
AGENTES DI RECTORESESTRUCTURALES:
ATRANES 1
Quím ica Sol-GelColoides, Tensoact ivosHidrólisis,CondensaciónCont rol del pH delmedio
Form ación decom le os
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Chem. Commun . 2002. Inorg. Chem. 2008. Patentes P200102777 y WO/2006/035098
Materiales UVM-7
Meso/Macroporos
MesoporosSuperficie específica !!1200m2/g¡¡
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Apartamento: 100 m20.09 g
6.6 g
Materiales de alta superficie
7.350 m2
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Carbón C-UVM-7
Sílice UVM-7
~ P
s e u d o m ó r f
i c a
Nano-moldeo
Requerimiento = sistema de poros 3D
Mat. Lett. 2008. Sol. Stat. Sci. 2010
Materiales UVM-7
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Lisozima
UVM-7
Macroporo Mesoporo
J. Mater. Chem. 2005
Materiales UVM-7
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Química
Variedad de materiales
Q. CoordinaciónQ. Ácido-BaseHidrólisis, condensaciónColoides
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TAMAÑO DE PARTÍCULA
ESPESOR DE PAREDGRADO DE ORDEN
COMPOSICIÓN
TAMAÑO DEPOROS
Tamaño de partícula
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Control de la composición
GRUPOS ORGÁNICOSEN LA RED DE SÍLICE
GRUPOS ORGÁNICOSEN LA SUPERFICIE
Chem. Mater. 2002. Adv. Mater. 2004. Angew. Chem. 2005. Sol. Stat. Sci. 2008
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Control de la composición
Nanooxidos
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Tamaño de macroporo
200 nm
b
100 nm
a
100nm
c d
TEM
SEM
D i s m i n u c i ó
n p r o g r e s i v a
d e l s i s t e m a d e
p o r o s e n t r e - p a r t í c u l a s
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Composición
Porosidad
Agregación
Tamaño
Diseño controlado
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33
PHYSICAL
MODIFICATIONS
AGREGACI ÓN
ULTRASONI DOSSuspensionescoloidales Monolitos
Cerámica Orgánica
Macro-templates
NANOTECTONI CASistemas
j erár quicos
AGI NG
DI SGREGACI ÓN
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AcilaciónFriedel Craf t s
Condensación
Coste elevado
Medio ambiente: Catalizadores“verdes” en la industria farmaceútica
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Sn(OTf)-UVM-7
Centro activo
Vit amina E
Medio ambiente: Catalizadores“verdes” en la industria farmacéutica
J. Catal. 2007. Top. Catal. 2009. J. Mat. Sci. 2009.
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S o l u c i ó n
Nanopartículas de Au
Óxidos de Co
Medio ambiente:eliminación de VOCs
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Au@CoOx-UVM-7
Au
CoOx-UVM-7
Medio ambiente:eliminación de VOCs
J. Mater. Chem. 2010. Appl. Catal. B 2011
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0.93 mmol/ g
Medio ambiente: eliminación de B
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Medio ambiente: depuración de agua
Materiales multifuncionales: absorbentes + propiedades magnéticas
(132±7) nm(13±1) nm
SiO2
Fe3O4
Fácil separación en sólidoo en suspensión
Iman
Bi t l í d
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Biotecnología dealimentos: enología
Enzimas
Bi t l í d
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Organosílice Aminopropil-UVM-7
Macroporo
Anclado del enzimamediante los gruposaminopropil
Actividad mayor a pH ↓, a T ↑, en [etanol] ↑ y en [azúcares]↑
ABF
Biotecnología dealimentos: enología
J. Mater. Chem. 2005. Biotech. 2009
Eliminación mediante filtración
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O
O
O
OS i
S i N
O +
Aminas biogénicas
Aminoácidos
[histamina]
Medicina: sensores
Chem. Commun. 2006
Histamina
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Medicina: drug delivery
Liberación controlada (t)
Liberación selectiva
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Nanomedicina: drug delivery
Abierta y cerrada mediante estímulos externos
Cerrada Abierta
J. Amer. Chem. Soc. 2008. J . Amer. Chem. Soc. 2009. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 2011
Poli-funcionalización
pH
[iones]
λIGgAnti-IGg
ADNΤ
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Acción enzimática “in vitro”
Nanomedicina: drug delivery
ACS Nano 2010
Vesícula
HeLa
Células tumoralesAcción enzimática
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Nanomedicina: drug delivery
ACS Nano 2010
DOX
Químio-terapia Graves efectos secundarios
Doxorubicina
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Ramón Mart ínez Máñez
Vasile Parvulescu
Daniel Ramón Vidal
Agradecimientos
MEC
GeneralitatValenciana
Miembros del Grupo deMateriales Nanoest ructurados
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Narratives of nature and nanotechnologynature nanotechnology | VOL 3 | JUNE 2008
Los científicos…. (y los empresarios)…… cuando presentan,discuten (o venden) desarrollos nanotecnológicos,argumentan con frecuencia comparaciones de la
Nanotecnología y la Naturaleza.
Los ciudadanos usarán siempre sus valores preexistentespara interpretar la información, incluso si se intenta presentar
del modo más neutro posible.
Necesidad de formación e información en nano-tecnología!!!
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La Nanotecnología es como la Naturaleza (?)
“La sofisticada y compleja maquinaria de la biología de las células nos proporciona una prueba convincente de que es posible la existencia de máquinas complejas en
la nanoescala”
Esta opinión sugiere que no sólo es la nanotecnología es posible, sino que es
natural y por lo tanto, familiar e incontrovertible
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La Nanotecnología inspirada en la Naturaleza
La Nauraleza muestra los principios de diseño que la humanidad puede imitar para
sintetizar objetos de interés (Feynman) (Biomimetica /Biomímesis)
La nanotecnología mejora de la Naturaleza ?
Los seres humanos pueden y deben mejorar las deficiencias de la Naturaleza: el objeto de la
Nanotecnoplogía es producir objetos artificiales de mayor utilidad que la ofrecida al hombre por los naturales (diseño racional frente a mutación al azar)
La nanotecnología utiliza la Naturaleza ?La evolución y la Naturaleza tienen mecanismos extremadamente eficientes…Dejemos pues
que la Naturaleza fabrique los dispositivos para nosotros.
No plantea cuestiones acerca de la conveniencia de utilizar entidades biológicas para
perseguir objetivos tecnológicos .
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La Nanotecnología transgrede la Naturaleza ?
Presupone la existencia de un orden natural que puede ser destruido o no
respetado por la nano-tecnología.. la tecnología rompe la barrera con la vida (ética)
Nanotecnología restringida por la naturaleza ?
Además de plantear limitaciones éticas al desarrollo nanotecnológico se plantea la existencia de límites físicos en el mundo natural que restringen lo que se puede hacer y lograr con la Nanotecnología.“La Nanotecnología está sujeta a una realidad estructurada por las leyes de la Naturaleza”
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Se supone que estamos en continua lucha con una Naturaleza peligrosa y
destructiva. La Nanotecnología se presenta como una hertramienta que nos puede
ayudar a controlarla.
Este punto de vista apoya el desarrollo de aplicacioones nanotecnológicas médicas
y en particular las orientadas al control de patógenos y del crecimiento celular (siccancer)
La Nanotecnología controlando la Naturaleza ?
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La nanotecnología amenaza la Naturaleza ??
La Naturaleza es frágil y la Nanotecnología tendrá efectos perjudiciales sobre el medio ambiente
La nanotecnología cuida la Naturaleza ??
La Nanotecnología en realidad ayuda a resolver los problemas ambientales.
“Be a Scientist, Save the World”