NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño
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Una aproximación a la utilidad de la Ciencia NANOCIENCIA La ciencia de lo pequeño Belén Yélamos López Departamento de Bioquímica y Biología Molecular I Universidad Complutense de Madrid www.bbm1.ucm.es/divul/divul.html NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño ¿QUÉ ES LA NANOCIENCIA? NANOCIENCIA: estudio del comportamiento y la manipulación de materiales a escala atómica o molecular para entender y explotar sus propiedades, significativamente distintas de aquellas propiedades a mayor escala. NANOCIENCIA NANOTECNOLOGÍA: ciencia multidisciplinar referida a las actividades científicas y tecnológicas llevadas a cabo a escala atómica y molecular, así como a los principios científicos y a las nuevas propiedades que pueden ser comprendidos y controlados cuando se interviene a dicha escala. ES EL ESTUDIO DE ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y OBJETOS CUYO TAMAÑO SE MIDE SOBRE LA ESCALA NANOMÉTRICA (1NANOBIOTECNOLOGÍA: uso de los materiales y estructuras a escala nanométrica en interacción con materia biológica 100 NANÓMETROS) NANOMEDICINA: campo de la Nanobiotecnología con aplicaciones directas en medicina, para el tratamieno de enfermedades humanas, prevención o diagnóstico. 2/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño PREFIJO “NANO” 10-9 (0.000000001) m Milmillonésima parte de un metro 3/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño Cucaracha 1000 micras 1 mm Grano de polen 100 micras 10 micras Pelo humano Molécula de aspirina 1 micra 1000 nm 100 nm Glóbulos rojos 10 nm 1 nm 1Å 0.1 nm Nanocristales de cobalto 4/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño ALGO DE HISTORIA… 400 A.C. Se crean los términos ELEMENTO y ÁTOMO DEMÓCRITO 1954 RICHARD FEYNMAN (Premio Nobel de Física de 1965), en una charla titulada “Hay mucho sitio por debajo”, destacó los beneficios que para la sociedad supondría la capacidad de atrapar y situar átomos y moléculas en posiciones determinadas, con una precisión de átomos. 5/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño 1966 1974 Se estrena la película “VIAJE ALUCINANTE” (Richard Fleischer) que relata la travesía de unos médicos científicos a través del cuerpo humano. Estos científicos reducen su tamaño al de una partícula y viajan hacia el cerebro para eliminar un tumor. Más tarde apareció la película “EL CHIP PRODIGIOSO” (Joe Dante) de parecido argumento. NORIO TANIGUCHI acuña el término Nanotecnología para diferenciar enre la microescala (10-6 m) y la nanoescala (10-9 m). Para él, la nanotecnología consistía en el proceso de separación, consolidación y deformación de los materiales por un átomo o una molécula 6/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño 1981 Se inventa el microscopio de barrido de EFECTO TUNEL (Scanning Tunnel Microscope) Heinrich Rohrer Gerd Karl Binnig Premios Nobel en 1986 7/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño 1985 Descubrimiento de la estructura FULLERENOS o BUCKYBALLS de Se inventa el microscopio de FUERZA ATÓMICA para manipular los átomos uno a uno mediante el contacto directo entre el sensor y el átomo. 1991 los 1986 SUMO IJIMA descubre los NANOTUBOS DE CARBONO 8/27 ¿Dónde podemos encontrar ejemplos de nanomateriales? LED para anuncios Célula fotovoltáica Cartas electrónicas Mobiliario Fibras textiles Nanotubos de carbono Calzado antiolor 9/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño ELECTRÓNICA ENERGÍA ÁREAS DE MATERIALES APLICACIÓN MEDICINA 10/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño NANOMATERIALES Ya disponibles en el mercado… Gafas que no se rayan Parabrisas autolimpiables Equipamiento deportivo Prendas textiles Productos cosméticos 11/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño En desarrollo… NANOTUBOS DE CARBONO: Son estructuras cilíndricas de láminas de grafito • Tienen una dureza CIEN veces mayor que la del acero y a la vez SEIS veces más ligeras • Son conductores del calor tan eficientes como el diamante • Son conductores de la electricidad tan eficaces como el cobre APLICACIONES • Sustitutos de huesos • Aparatos basados en campos de emisión • Supercondensadores • Nanosensores 12/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño En desarrollo… NANOPARTÍCULAS: Partículas con una dimensión de al menos 100 nm • Reflejan la luz en vez de absorberla • Incrementa la relación superficie/volumen APLICACIONES • Biosensores • Limpieza de sitios contaminados • Cosmética: al tener una dimensión por debajo de la longitud de onda visible 13/27 hace que sean transparentes. NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño En desarrollo… Nanorrobots viajando en una arteria - Destrucción de tumores - Destrucción de depósitos de grasa para mejorar la circulación de la sangre 14/27 NANOTECNOLOGÍA: la ciencia de lo pequeño Motores del tamaño de una molécula… Isómero CIS Isómero TRANS Luz UV Reacción de Isomerización 15/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño Motores del tamaño de una molécula… Luz UV 160 s 12º 245 s 12º 640 s 12º 1.25 μl de diiodometano sobre una lámina de mica inclinada 12º 16/27 Berná, J. et al. (2005) Nature Materials 4, 704. NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño NANOELECTRÓNICA Nanocélulas de combustibles Chips más rápidos Nanoelectrónica biomolecular: ordenador de ADN Tarjetas de memoria A T G C Tinta electrónica 17/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño NANOMEDICINA 1. ADMINISTRACIÓN DE MEDICAMENTOS 2. REGENERACIÓN DE TEJIDOS 3. DIAGNÓSTICO Y MEJORA DE TÉCNICAS PARA LA CURACIÓN DE ENFERMEDADES 18/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño ADMINISTRACIÓN DE MEDICAMENTOS Hay diferentes tipos de transportadores: MICELAS NANOPARTÍCULAS LIPOSOMAS C. CANCEROSAS C. NORMALES 19/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño ADMINISTRACIÓN DE MEDICAMENTOS Tratamiento de tumores Kam, N., O’Connell, M., Wisdom, J.A., and Dai, H. Stanford University, U.S.A. 20/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño ADMINISTRACIÓN DE MEDICAMENTOS Tratamiento de tumores: DENDRÍMEROS AGENTE TERAPÉUTICO INDICADOR DE LA LIBERACIÓN DE LA DROGA DETECTOR DE CÉLULAS CANCEROSAS MONITOR DE LA MUERTE CELULAR 21/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño ADMINISTRACIÓN DE MEDICAMENTOS Tratamiento de enfermedades como el Alzheimer, Parkinson, Huntington Victor F. Puentes et al., Nano Letters 6, 110 (2006) 22/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño REGENERACIÓN DE TEJIDOS A. RECONSTRUCCIÓN MUSCULAR B. REGENERACIÓN DE ESTRUCTURAS ÓSEAS 23/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño DIAGNÓSTICO Y MEJORA DE TÉCNICAS PARA LA CURACIÓN DE ENFERMEDADES Diagnóstico in vitro Nano-imágen in vivo Células cancerosas marcadas Ganglio Sensor - Biosensores Matriz Marcador - “Lab-on-chip” Localización simultánea Localización de un tumor de próstata 24/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño NANOENERGÍA Células solares Baterías de larga duración Células de combustible “limpias” 25/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño NANOENERGÍA Lámpara “eternas”: LEDs (Light-Emitting Diode) 26/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño NANOENERGÍA Almacenamiento y mejora de la producción de hidrógeno TANDEM CELL Transportes con hidrógeno GLOBAL OBSERVER 27/27 NANOCIENCIA: la ciencia de lo pequeño PERO…… • Esperanzas no satisfechas • Sociedad impaciente • Inversiones arriesgadas • Marcadores sí, ¿pero tratamientos específicos? • Toxicología potencial • Utilización inadecuada • ¿Control del individuo? • Exageraciones Engines of creation. Eric E. Drexler 28/27 MUCHAS GRACIAS!!!!
