Aplicaciones de la Nanotecnología

Avalos Yupanqui, Antonio 20152584J

Contreras Pérez, Italo Javier 20151148A

Espinoza Zegarra, Edwin Aldair 20151309E

Monografía para el curso de Técnicas de la Comunicación

Profesor

Egoavil Ávalos Carlos

Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad de Ingeniería Industrial Y de Sistemas

Lima

2015

TABLA DE CONTENIDO

Página

RESUMEN………………………………………………………………

INTRODUCCIÓN………………………………………………………

CAPÍTULO l ANTECEDENTES Y CONCEPTO

1.1. Inicios……………………………………………………………..

1.2. Ciencia y Tecnología…………………………………………….

1.3. ¿Qué significa el “nano”?................................................................

CAPÍTULO ll APLICACIONES

2.1. ¿Cómo se trabaja?.........................................................................

2.2. Herramientas……………………………………………...........

2.3. Nanotecnología y alimentación…………………………………..

2.4. Nanotecnología en la medicina………………………………………

2.5. Nanotecnología en el ambiente……………………………………….

2.6. Nanotecnología en la industria……………………………..............

CAPÍTULO lll VENTAJAS Y DESVENTAJAS

3.1. Ventajas……………………………………………………………..

3.2. Desventajas…………………………………………………………….

CONCLUSIONES………………………………………………………………….

RECOMENDACIONS………………………………………………………

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA………………………………………

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………

Nanotecnología 1

Capítulo 1:

Antecedentes y conceptos

1.1 Inicios

Al hablar de nanotecnología nos referimos a algo que tiene toda una historia de su

lado. Esta palabra no apareció por si misma; muchos matemáticos, físicos, ingenieros

investigaron en distintos campos que estaban relacionados como la informática, la

mecánica cuántica, la biología, etc. Todos estos hallazgos y experimentos tuvieron

como base la matemática.

“Si la gente no piensa que las matemáticas son simples, es solo porque no se

dan cuenta de lo complicada que es la vida” (Neuman, 1940, p54)

Tal como lo dice Neuman la vida misma es más difícil que las matemáticas pero

muchos aspectos de la vida y del mundo que nos rodea son antes descritos por

modelos matemáticos y Neuman lo sabía bien.

Hablar de Neuman es también de la persona que estudió la posibilidad de

crear sistemas que se auto-reproducen haciéndose cada vez más pequeños como una

forma de reducir costos, este fue un paso hacia el mundo microscópico, el “nano”

mundo; de esta palabra se hablara después

Uno de los iniciadores de la nanotecnología y también unos de los físicos más

influyentes de su época fue Richard Feynman, quien recibió el Premio Nobel de

Física en el año 1965

“En el fondo… hay mucho espacio” (Richard Feynman, 1955, p106)

En esa conferencia Feynman dejo entrever que se puede manipular la materia y

también fabricar artículos con una pequeña cantidad de átomos y moléculas; a pesar

Nanotecnología 2

de no profundizar en este tema ni mucho menos en cómo se lograría esto. Después

de esto el científico indago acerca de los límites dados por las leyes físicas y

encontró que su idea no era tan descabellada

1.2 Ciencia y Tecnología

¿Qué significa nanotecnología? Muchas definiciones circulan distintos medios,

sin embargo, todas estas deben ser cuestionadas y no tomadas como verdaderas al

comienzo; al igual que toda información científica que queremos saber. Incluso

confunden la nanotecnología con la nanociencia cosas completamente distintas.

Para conocer la definición de nanotecnología es necesario saber antes ¿qué es la

nanociencia? Algunos dicen que la nanociencia es la ciencia de lo muy pequeño, esto

no es muy preciso, ya que esta definición responde a lo que se ocupa la física de altas

energías, que trabaja con partículas subatómicas y las constituyentes de estos.

No podemos definir nanociencia sin antes definir la palabra ciencia. El término

ciencia proviene del latín “scire” que significa saber, conocer, pero esta palabra en

latín no solo alude al saber mismo sino también a la continua obtención de

conocimiento y a una forma de saber.

En sentido riguroso, el método científico es único, tanto en su generalidad como en

su particularidad. Al método científico también se le caracteriza como un rasgo

característico de la ciencia, tanto de la pura como de la aplicada; y por su

familiaridad puede perfeccionarse mediante la estimación de los resultados a los que

lleva mediante el análisis directo. Otra característica es que, no es autosuficiente: no

puede operar en un vació de conocimiento, si no que requiere de algún conocimiento

previo que pueda luego reajustarse y reelaborarse; y que posteriormente pueda

complementarse mediante métodos especiales adaptados a las peculiaridades de cada

tema, y de cada área.

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Hoy en día se conoce lo que es el método científico, es este método el que se

sigue cuando se quiere hacer una producción de conocimiento, este método es un

procedimiento que consiste en la observación de manera sistemática, medición,

experimentación y la formulación y análisis de hipótesis. Este método está

sustentado por dos pilares el primero es la reproductibilidad que es el poder repetir

un experimento en cualquier lugar y por cualquier persona y el segundo, es la

refutabilidad que se refiere a que toda proposición científica debe ser susceptible de

ser refutada

La ciencia está a nuestro alrededor en todos los aspectos de nuestra vida y que

cada uno la tome de una manera distinta hace difícil establecer una definición exacta.

La ciencia podría definirse como la búsqueda de un modelo que explique el

funcionamiento del Universo y que pueda ser falso.

Esta prueba de las capacidades o leyes de la naturaleza se hacen en un laboratorio.

Los resultados de las investigaciones se escriben en un artículo y, después se

publican en revistas científicas que son vistas por diversos países. De esta manera

todo el mundo puede tener acceso al conocimiento que fue generado y además

comprobar o refutar las ideas publicadas.

Sabiendo los conocimientos por parte de la ciencia aparece la tecnología para

construir un dispositivo o aparato que pueda ser útil. Este conocimiento usado para

generar el dispositivo es traducido en una patente que es la manera de proteger dicha

invención y además dar ciertos derechos a los inventores.

“La tecnología se desarrolla principalmente en empresas o centros

tecnológicos, ya que se busca un producto o proceso que se pueda vender,

destinado directamente al usuario: tú y yo. Así, primero es la ciencia y

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algunos años después (o a veces nunca) la tecnología derivada de esa ciencia.

Curiosamente, la creación de tecnología proporciona herramientas nuevas a

los científicos con las que estudiar nuevos conceptos y avanzar en la ciencia,

que a su vez generará nueva tecnología” (Fundación Española para la Ciencia

y Tecnología, p22)

Así pues ambas forman una rueda imparable que hace avanzar más el desarrollo de

la humanidad. Es importante señalar que en este círculo un factor importante entre la

ciencia y la tecnología es la innovación. La tecnología muchas veces es buscada por

las empresas cuya fin económico es corresponderles grandes utilidades ofreciendo al

mercado un producto cada vez que se pueda mucho más mejorado, esto ha sido así

desde el comienzo

“Esta idea de que la tecnología no es más que conocimiento científico

aplicado está muy extendida en la sociedad. Incluso aquellos que tienen una

noción de distinción ontológica consideran que la tecnología está subordinada

jerárquicamente a la ciencia. Idea que incluso se desarrolla en los primeros

programas de materiales curriculares del SATIS (Science and Technology in

Society) de Gran Bretaña, en el cual la tecnología se define como el proceso

por medio del cual se hace posible la aplicación de la ciencia para satisfacer

las necesidades humanas.” (García, 2004, p110)

Un ejemplo es la televisión a pantalla plana, este producto existe debido a los

experimentos de emisión de campo que fueron hechos por R. W. Wood

aproximadamente por el año 1897 usando un simple tubo de descarga. Es muy fácil

de suponer que Wood nunca pensó poder fabricar una televisión a partir de

conclusiones que se dieron de un experimento sencillo. Pero a comienzos del año

1980 muchas empresas multinacionales al darse cuenta que poseían posibilidades

Nanotecnología 5

tecnológicas empezaron a fabricar prototipos diversos que después comenzaron a

vender cerca al año 2000

1.3 ¿Qué significa el “nano”?

Ahora que ya sabemos la diferencia entre ciencia y tecnología vamos a ver ahora

el significado de la palabra “nano”. Esta palabra es un prefijo que viene del griego

νανοϛ que quiere decir diminuto, pequeño, enano. Es usado en el Sistema

Internacional de Unidades para poder indicar un factor de 10-9 (o sea multiplicar

algo por 0.000000001 o también la mil millonésima parte de algo). Es por eso que

decimos que la nanociencia es la ciencia que puede desarrollarse con objetos de

tamaño “milmillonesimometrico”. También podemos decir que la nanotecnología

será la tecnología generada con objetos que tengan que el tamaño de la décima parte

de un nanómetro hasta un ciento de nanómetros. Esta escala de tamaños no es un

poco aproximada.

“Para que este enorme desarrollo de lo “nano” esté teniendo lugares necesaria

a “nueva clase de química”, conocida con el nombre de química

supramolecular, cuyos padres fueron los científicos norteamericanos C. J.

Pedersen y D. J. Cram y el francés J.-M. Lehn. Los tres compartieron el

Premio Nobel de Química en 1987 por sus trabajos en este campo: “for their

development and use of molecules with structurespecific interactions of high

selectivity” (“Por el desarrollo y uso de las moléculas dotadas de acción

estructural específica de alta selectividad") (Fundación española para la

ciencia y tecnología, p97)

Hoy se posee el conocimiento no solo para desplazar sino también para

manipular, desarrollar y construir objetos de estos minúsculos tamaños

Nanotecnología 6

(nanociencia), que van a ser usados en un futuro cercano para poder realizar una

determinada función dentro de un dispositivo determinado (nanotecnología).

Actualmente se ha avanzado mucho en que respecta a nanociencia y se está

desarrollando las primeras aplicaciones tecnológicas

Una prueba de esta es que se oye hablar de nanoquímica, nanoelectrónica,

nanomedicina, nanobiotecnologia, etc. . El colocar el prefijo “nano” delante de una

palabra nos indica que ese campo se va estudiar desde sus componentes más

pequeños cuyos tamaños están comprendidos entre 0.1 nm y 100 nm.

La inclusión de las diversas áreas como la química, informática, matemáticas,

biomedicina, además de pruebas de desplazamiento molecular electrónico, de

cercanía, de alejamiento y de distintos procesos con microscopios aportan a la

nanotecnología herramientas muy valiosas.

Capítulo 2:

Aplicaciones

2.1 ¿Cómo se trabaja?

Trabajar a escala ‘’nano’’ es muy similar a como funciona la aguja de un

tocadiscos, las superficie de los átomos son palpadas por el microscopio. De modo

que es posible modificar selectivamente las estructuras superficiales. Con el

microscopio de fuerza atómica los investigadores consiguieron por primera vez

visualizar átomos y moléculas y manipularlas a la vez, es decir, variar su orden y

formación en las superficies.

La descripción de la nanotecnología es referida a la manipulación en forma

precisa de átomos y moléculas para poder fabricar productos a macroescala.

Nanotecnología 7

‘’La nanotecnología se ocupa de la materia tanto orgánica como inorgánica

en dimensiones del entorno de la molécula y de los átomos. ’’ (Pérez, 2012,

p.45)

La nanotecnología se basa a la manipulación a nanoescala de los átomos y

moléculas dados que estos presentan dimensiones que varían según el elemento pero

estos se encuentran aproximadamente a una escala de 0.1nm y10nm

2.2. Herramientas

El microscopio de fuerza atómica (STM) y el microscopio de efecto túnel (AFM)

son las dos versiones tempranas de sondas de barrido que lanzaron la

nanotecnología.

Estos dos microscopios de sondas de barridos tienen la capacidad de mover

átomos y ambos son dispositivos menores que un pan francés que se enchufa a un

puerto USB de una computadora.

El microscopio de fuerza atómica (AFM) es un instrumento mecánico-óptico que

posee la capacidad de detectar las fuerzas del orden de los nanonewtons, cuyos

elementos son: diodo laser, micropalanca, fotodiodo y tubo piezoeléctrico.

El AFM permite el análisis mecánico y topográfico de todo tipo de materiales

(conductores y no conductores) a escala nanométrica. El AFM tiene adaptado un

microscopio de óptica invertida de epifluorescencia el cual posibilita la combinación

de imágenes topográficas con el marcaje de tejidos y células utilizando colorantes,

sondas o anticuerpos específicos.

El microscopio de efecto túnel (AFM) es un instrumento que posibilita la toma de

imágenes de superficies a nivel atómico. Con una resolución de 0.1 nm de resolución

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lateral y 0.01 nm de resolución de profundidad, los átomos individuales dentro de los

materiales son rutinariamente visualizados y manipulados. 

Este se basa en el concepto de efecto túnel. Cuando una punta conductora es

puesta muy cerca de la superficie a examinar, una corriente de

polarización (diferencia de voltaje) aplicada entre las dos puede permitir a los

electrones pasar al otro lado mediante efecto túnel a través del vacío entre ellas.

La resultante corriente de tunelización es una función de la posición de la punta,

el voltaje aplicado y la densidad local de estados de la muestra. La información es

adquirida monitoreando la corriente conforme la posición de la punta escanea a

través de la superficie, y es usualmente desplegada en forma de imagen. La

microscopía de efecto túnel puede ser una técnica desafiante, ya que requiere

superficies extremadamente limpias y estables, puntas afiladas, excelente control de

vibraciones, y electrónica sofisticada.

2.3. Nanotecnología y alimentación

La nanotecnología en la industria alimentaria se basa en el diseño,

caracterización, producción y aplicaciones de estructuras controlando de esta manera

el tamaño y la forma a escala nanométrica. Esta va a permitir disfrutar de alimentos

más saludables, más resistentes y de mayor durabilidad.

Investigadores del mundo buscarán desde el 2015, avanzar en la consolidación de

un espacio de trabajo y difusión de la nanotecnología y sus aplicaciones en los

diversos eslabones que conforman las cadenas de valor agroindustriales y de

agroalimentos con el fin de lograr aplicaciones que permitan a la larga obtener la

trazabilidad e inocuidad de los productos.

Si bien hoy muchas empresas del ámbito privado han incursionado en el tema,

faltaba que lo público también sea parte del mismo. En una primera etapa los campos

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temáticos que serán abordados incluyen: Salud animal, protección vegetal, sensores,

biomimética, alimentos funcionales, materiales plásticos, tratamiento de aguas,

aspectos regulatorios, comunicación de la nanotecnología y posibilidades de

cooperación internacional.

La nanotecnología y las nanopartículas han existido desde hace mucho tiempo.

De hecho, los consumidores las consumieron durante años sin ser conscientes de que

están allí en lo que comen.

La Nanotecnología en la Industria alimentaria está teniendo un gran avance en los

últimos años, a pesar de estar aún en fase de despegue. Sus principales aplicaciones

destacan en áreas como: el envasado (envases activos y envases inteligentes), el

desarrollo de nuevos productos (nanoalimentos funcionales, microcápsulas), la

calidad y la seguridad alimentaria (biosensores), la mejora de los procesos de los

alimentos (gelatinización, espumas y emulsiones)

También es útil para poder modificar el contenido graso de estas , estos también

son conocidos como nanoalimentos funcionales , que son alimentos reconstituidos a

nivel molecular. Esta reconstrucción tiene por objeto obtener nanoingredientes para

mejorar las propiedades de los alimentos y convertirlos en funcionales para tratar

diferentes enfermedades. Por ejemplo, a partir de la utilización de la nanotecnología,

es posible reducir el regular contenido graso de los productos que oscila entre un 25

a 35%, a concentraciones menores a 1%.

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Citas Bibliográficas:

-Von Neumann J. (1991) Fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica.

Madrid, España: Consejo Superior de Investigaciones Científicas

-Feynman R. (1985). ¿Está usted de broma, Sr Feynman? [Versión Adobe Reader

X]. Recuperado de

http://www.librosmaravillosos.com/estausteddebromasenorFeynman/pdf/

estausteddebromasenorFeynman%20-%20Richard%20P%20Feynman.pdf

-Ruiz R. (2007). El Método Científico y sus etapas. Recuperado de

http://www.index-f.com/lascasas/documentos/lc0256.pdf

-García (2004) La Relación Ciencia y Tecnología en la Sociedad Actual [Versión

Adobe Reader X]. Recuperado de

http://institucional.us.es/revistas/argumentos/7/art_4.pdf

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---Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (2007). Nanociencia y

nanotecnología [versión Adobe Reader X]. Recuperado de

http://www.oei.es/salactsi/udnano.pdf