Materiales modernos

CURSO : FÍSICO QUÍMICA

FACULTAD : INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

PROFESOR : ALCÁNTARA MALCA, DANIEL

AULA : 415-B

INTEGRANTES : CABRERA LUEY, MARTHA ALICIA

CÓDIGO : 1130704

"Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria"

Lima – PerúMAYO-2013

2013

MATERIALES MODERNOS

ÍNDICE

NANOMATERIALES.................................................................................................................2

NANOTUBOS DE CARBONOS.........................................................................................3

NANOCELULOSA.................................................................................................................4

GRAFENO..................................................................................................................................5

SEMICONDUCTORES.............................................................................................................8

LED........................................................................................................................................11

CELDAS FOTOVOLTAICAS..............................................................................................12

SUPERCONDUCTORES.......................................................................................................16

PROPIEDADES...............................................................................................................17

EL EFECTO MEISSNER................................................................................................17

LA DENSIDAD DE CORRIENTE..................................................................................17

EL EFECTO JOSEPHSON............................................................................................18

Teoría BCS.......................................................................................................................18

Teoría fundamentada en el excitón...............................................................................19

Teoría RVB.......................................................................................................................19

Teoría fundamentada en los plasmones......................................................................19

PLASMA...............................................................................................................................19

APLICACIONES FUTURAS...........................................................................................21

BIOTECNOLOGÍA...............................................................................................................23

Aplicaciones.....................................................................................................................23

ADN...................................................................................................................................25

CLONACIÓN........................................................................................................................29

PRODUCTOS TRANSGÉNICOS......................................................................................33

1ERA GENERACIÓN.............................................................................................................34

2DA GENERACIÓN..............................................................................................................34

3ERA GENERACIÓN.............................................................................................................34

FIBRA ÓPTICA........................................................................................................................35

CONCLUSIONES:...................................................................................................................38

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:....................................................................................38

FISICOQUIMICA Página 1

MATERIALES MODERNOS

NUEVOS MATERIALES /MATERIALES MODERNOS

NANOMATERIALES

"Los nano materiales" son materiales cuyos principales constituyentes tienen una dimensión de entre 1 y 100 mil millonésimas partes de un metro (nano escala), según una Recomendación sobre la definición de nanomaterial adoptada hoy por la Comisión Europea.

Los nanomateriales pueden ser subdivididos en nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos.

Un reciente informe de Small Times predice un fuerte crecimiento de los denominados nanomateriales. En el mismo se comentan los diferentes tipos existentes en la actualidad (tales como las nanoarcillas para reforzar plásticos) o los nanotubos de carbono para agregar conductividad a varios materiales.

Los nanomateriales ya se están utilizando en centenares de aplicaciones y productos de consumo, desde pasta de dientes a baterías, pinturas y ropa. El desarrollo de estas sustancias tiene un potencial significativo para el progreso en áreas como la medicina, la protección medioambiental y la eficiencia energética. Pero dado que todavía existe incertidumbre sobre los riesgos que plantean, es necesaria una definición clara para asegurar que se aplican las reglas de seguridad química apropiadas. La definición ayudará a todos las partes, incluidas las asociaciones del sector, dado que proporciona coherencia a la variedad de definiciones que se encuentran actualmente en uso en diferentes sectores.

Existen tres categorías básicas de nanomateriales desde el punto de vista comercial y desarrollo: óxidos metálicos, nanoarcillas y nanotubos de carbono. Los que más han avanzado desde el punto de vista comercial son las nanopartículas de óxido metálico.

NANOTECNOLOGÍA

La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala

Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas

Su estudio está interesado en crear nuevas estructuras y productos que tendrían un gran impacto en la industria, la medicina (nanomedicina), etc.

El padre de la "nanociencia", es considerado Richard Feynman, premio Nóbel de Física, quién en 1959 propuso fabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas. En 1959, el gran físico escribió un artículo que analizaba cómo los ordenadores trabajando con átomos individuales podrían consumir poquísima energía y conseguir velocidades asombrosas.


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Existe un gran consenso en que la nanotecnología nos llevará a una segunda revolución industrial en el siglo XXI tal como anunció hace unos años, Charles Vest (ex-presidente del MIT).

Supondrá numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades extraordinarias (desarrollar materiales más fuertes que el acero pero con solamente diez por ciento el peso), nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente más rápidos o sensores moleculares capaces de detectar y destruir células cancerígenas en las partes más delicadas del cuerpo humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones.

Podemos decir que muchos progresos de la nanociencia estarán entre los grandes avances tecnológicos que cambiarán el mundo.

NANOTUBOS DE CARBONOS

Harry Kroto, Bob Curl, and Rick Smalley descubrieron esferas de carbón puro en 1985. Las llamaron "Buckyballs" (pelotas de Bucky-Nanoestructura compuesta por 60 átomos de carboono-C60) en honor a Buckminster Fuller.

Los nanotubos se componen de una o varias láminas de grafito u otro material enrolladas sobre sí mismas. Algunos nanotubos están cerrados por media esfera de fullerene, y otros no están cerrados. Existen nanotubos monocapa (un sólo tubo) y multicapa (varios tubos metidos uno dentro de otro, al estilo de las famosas muñecas rusas). Los nanotubos de una sola capa se llaman single wall nanotubes (SWNTS) y los de varias capas, multiple wall nanotubes (MWNT)

Los nanotubos tienen un diámetro de unos nanómetros y, sin embargo, su longitud puede ser de hasta un milímetro, por lo que dispone de una relación longitud: anchura tremendamente alta y hasta ahora sin precedentes.

La investigación sobre nanotubos de carbono es tan apasionante (por sus múltiples aplicaciones y posibilidades) como complejo (por la variedad de sus propiedades electrónicas, termales y estructurales que cambian según el diámetro, la longitud, la forma de enrollar...).

Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes, conduciendo la corriente eléctrica cientos de veces más eficazmente que los tradicionales cables de cobre

Los nanotubos de carbono, además de ser tremendamente resistentes, poseen propiedades eléctricas interesantes. Una capa de grafito es un semi-metal. Esto quiere decir que tiene propiedades intermedias entre semiconductores (como la silicona en microchips de ordenador,


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cuando los electrones se muevan con restricciones) y metales (como el cobre utilizado en cables cuando los electrones se mueven sin restricción). Cuando se enrolla una capa de grafito en un nanotubo, además de tener que alinearse los átomos de carbono alrededor de la circunferencia del tubo, también las funciones de onda estilo mecánica cuántica de los electrones deben también ajustarse. Este ajuste restringe las clases de función de onda que puedan tener los electrones, lo que a su vez afecta el movimiento de éstos. Dependiendo de la forma exacta en la que se enrolla, el nanotubo pueda ser un semiconductor o un metal.

NANOCELULOSA

En primer lugar, se trata de un nanomaterial de origen vegetal, obtenido bien a partir de la

compresión de fibras, o bien a través de cultivos naturales por la producción autónoma de

distintos tipos de bacterias. Este material no es más que un biopolímero a escala

nanométrica compuesto exclusivamente de moléculas de β-glucosa, pero lo más interesante

es que esta biomolecular orgánica se encuentra en grandes cantidades formando parte de la

biomasa terrestre.

Lo más relevante entre las novedosas propiedades de este nuevo material estaría la capacidad

de multiplicar hasta por ocho la resistencia del acero inoxidable, su extremada ligereza y

su excelente conductividad eléctrica.

Entre sus futuras aplicaciones se encuentra el sector de los biocombustibles y la industria

farmacéutica, pero también otras como la electrónica

Uno de los grandes retos de la nanocelulosa es su producción a gran escala, la celulosa se

encuentra en grandes cantidades en la naturaleza, por lo tanto, el desafío al que se enfrentan

los investigadores reside en la sintetización de esa celulosa para obtener nanocelulosa a gran

escala.

Hasta ahora, la producción de nanocelulosa no resultaba rentable ya que requería una

inversión económica importante, bien para el proceso de compresión de la fibra o bien para

abastecer de nutrientes a la bacterias que producen el material de forma natural. En cambio,

estos científicos de la Universidad de Texas, con Malcolm Brown como director y miembro del

equipo de investigación, han conseguido producir pequeñas cantidades de nanocelulosa

mediante un determinado tipo de alga capaz de producir el material de forma natural, sin

necesidad de nutrientes. Brown afirma que a pesar de haber conseguido tan solo pequeñas

cantidades de nanocelulosa, están modificando genéticamente esta alga original para introducir

genes de la bacteria Acetobacter xylinum –usada para hacer vinagre– que ayudarían a

producir cantidades ingentes de este nanomaterial. Por otro lado, los costes de producción

serían mínimos ya que la producción únicamente requiere agua, luz solar y este tipo de alga

para producir de forma natural la nanocelulosa.

Aplicaciones futuras de la nanocelulosa cristalina.

Tal y como apuntan los investigadores, las propiedades resistentes, la extremada ligereza y la

excelente conductividad eléctrica de la nanocelulosa lo convierten en un material ideal para

confeccionar chalecos de protección ultraligeros, pantallas de dispositivos electrónicos e

incluso para cultivar órganos humanos. Pero conviene recordar que el desarrollo de este

material aún se encuentra en una fase incipiente y que a pesar de que las propiedades de la


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nanocelulosa cristalina apuntan a determinados campos tecnológicos, es posible que

investigaciones futuras amplíen el abanico de aplicaciones a otros sectores hasta ahora

impensables. Al respecto Amador Fernández nos recuerda que “al principio, todo el mundo se

centraba en las propiedades de resistencia del grafeno, pero luego su gran campo de

aplicación ha sido la electrónica”.

GRAFENO

El grafeno es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se forman a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados. Entre las propiedades más sobresalientes se encuentran que es transparente, flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido, el Grafeno tiene muchas propiedades que no se habían encontrado antes en ningún otro material, en la actualidad el Grafeno tiene fascinados a científicos y a la industria debido a sus fantásticas propiedades.

Obtención del grafeno

Sencillamente iban retirando con un trozo de cinta adhesiva, las capas de la superficie de un pequeño bloque de grafito.

Ir separando capas de átomos de carbono del grafito, hasta lograr una sola aislada. Eso es el grafeno. Un material revolucionario por sus propiedades y aplicaciones.

Para producirlo no se utiliza grafito, sino gas metano, que se transforma mediante una tecnología denominada deposición química en fase vapor (Chemical Vapor Deposition, CVD): “Es una de las grandes ventajas, pues no dependemos de ningún producto mineral”, señala.

“Se realiza en un reactor CVD donde se introduce un gas con carbono. Mediante la aplicación de energía se depositan los átomos de carbono sobre un substrato metálico. El siguiente paso es transferir la lámina de grafeno al substrato final que puede ser un polímero, vidrio, silicio u otros, dependiendo de la aplicación”, explica


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El precio varía según los tamaños y las propiedades. En los últimos años ha caído ya a la mitad. Una lámina de grafeno cuesta entre 300 y 1.000 euros, una cifra muy asequible para el consumo de investigación pero elevada para otros usos. De la Fuente explica que esperan que el precio siga descendiendo progresivamente y, “a medio plazo (unos cinco años), sea más barato que el silicio, que en la actualidad cuesta alrededor de 50 euros”. “A medida que el mercado vaya avanzando el precio irá bajando. Prácticamente cuesta lo mismo producir una lámina que 100.000″, afirma.

¿Qué propiedades tiene el grafeno?

Entre las sorprendentes propiedades físicas más destacadas de este carbono en configuración plana se encuentran:

1. Una alta conductividad térmica, que supera a la de cualquier otro material conocido.2. Gran resistencia, del orden de unas 200 veces mayor que la del acero.3. Más flexible que la fibra de carbono.4. Goza de una alta conductividad eléctrica, comportándose tan eficaz como el cobre, Cu

(s). Es decir, necesitaría menos energía eléctrica para realizar la misma tarea que el silicio, Si (s). Y generaría un menor efecto Joule, ya que se calentaría menos al conducir los electrones.

5. Alta elasticidad y dureza.6. Gran capacidad para soportar la radiación ionizante.7. Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el helio, He (g), el

átomo de gas más pequeño, puede atravesarlo.

8. Entre las propiedades químicas destaca el hecho que pueda reaccionar con otras sustancias para formar nuevos compuestos químicos con diferentes y novedosas propiedades.

9. Una reactividad que dota a este material de un gran potencial de desarrollo.

Los extraordinarios valores de estas propiedades surgen de su pequeño grosor y son explicadas por originarse y pertenecer al dominio de la Física Cuántica.

Aplicaciones


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El grafeno tiene posibles y potenciales aplicaciones, incluida la fabricación de nuevos materiales y el desarrollo de nuevos y avanzados dispositivos electrónicos.

Los transistores construidos con grafeno podrán ser sustancialmente más rápidos y eficaces que los actuales de silicio, y con ellos se podrán fabricar ordenadores más eficaces.

También, como es transparente y un buen conductor, se vislumbran múltiples aplicaciones en: pantallas flexibles de dispositivos electrónicos, paneles luminosos, pantallas táctiles transparentes e incluso se piensa ya en nuevos paneles solares que serían mucho más delgados. Su uso permitiría estudiar fenómenos relacionados tanto con la Mecánica Cuántica como con la Relativista, dada la alta velocidad que en este sólido los electrones pueden alcanzar.

Algunas propiedades inquietantes

Porque, desde el punto de vista teórico, el grafeno goza de otras propiedades tan interesantes como:

1. El hacer que los electrones que se desplazan sobre el grafeno, se comporten como cuasi partículas sin masa. Lo que se conoce como fermiones de Dirac. Unas sub partículas que se desplazan con movimiento uniforme (MU) como la luz, sólo que ellos van más lentos.Sólo a unos millones de metros por segundo (106m/s), en lugar de los trescientos millones (300·106 m/s) a los que va la luz.La producción de grafeno permitirá estudiar experimentalmente este comportamiento, que ya fue predicho teóricamente hace más de 50 años.

2. El efecto Hall cuántico, por el que la conductividad en dirección perpendicular a la corriente, toma siempre valores discretos o cuantizados.Un detalle físico que permite medirla con una inusitada precisión. De lo más interesante.

3. El efecto localización de Anderson, asociado a la total movilidad de los electrones del grafeno por toda la lámina.

El grafeno es conocido y está descrito desde hace al menos medio siglo.


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Tanto su enlace químico como estructura molecular ya se describieron durante la década de 1930, y la estructura de bandas electrónicas fue determinada, por primera vez en 1949, por P. R. Wallace.

SEMICONDUCTORES

MATERIALES SEMICONDUCTORES

Estos materiales se comportan como aislantes a bajas temperaturas pero a temperaturas más altas se comportan como conductores. La razón de esto es que los electrones de valencia están ligeramente ligados a sus respectivos núcleos atómicos, pero no lo suficiente, pues al añadir energía elevando la temperatura son capaces de abandonar el átomo para circular por la red atómica del material. En cuanto un electrón abandona un átomo, en su lugar deja un hueco que puede ser ocupado por otro electrón que estaba circulando por la red.

Los materiales semiconductores más conocidos son: Silicio (Si) y Germanio (Ge), los cuales poseen cuatro electrones de valencia en su último nivel. Por otra parte, hay que decir que tales materiales forman también estructura cristalina.

Hay que destacar que, para añadir energía al material semiconductor, además de calor, también se puede emplear luz.

Teoría de bandas

Esta teoría explica el comportamiento de los materiales al paso de la corriente desde una perspectiva más científica.

Definimos Banda de Valencia (BV) al conjunto de energía que poseen los electrones de valencia.

Definimos Banda de Conducción (BC) al conjunto de energía que poseen los electrones para desligarse de sus átomos. Los electrones que estén en esta banda pueden circular por el material si existe una tensión eléctrica que los empuje entre dos puntos.

En base a estos dos conceptos tenemos tres casos:

Conductor: En este caso la Energía de la banda de valencia es mayor que la de los electrones de la banda de conducción. Así pues, las bandas se superponen y muchos electrones de valencia se sitúan sobre la de conducción con suma facilidad y, por lo tanto con opción de circular por el medio.

Aislante: En este caso la energía de la banda de conducción es mucho mayor que la energía de la banda de valencia. En este caso, existe una brecha entre la banda de valencia y la de conducción de modo que, los electrones de valencia no pueden acceder a la banda de conducción que estará vacía. Es por ello que el aislante no conduce. Sólo a temperaturas muy altas, estos materiales son conductores.

Semiconductores: En este caso, la banda de conducción sigue siendo mayor que la banda de valencia, pero la brecha entre ambas es mucho más pequeña, de modo que, con un incremento pequeño de energía, los electrones de valencia saltan a la banda de conducción y puede circular por el medio. Cuando un electrón salta desde la banda de valencia a la de conducción deja un hueco en la banda de valencia que, aunque parezca extraño, también se considera portador de corriente eléctrica.

A los materiales semiconductores puros se les conoce como semiconductores intrínsecos.


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Semiconductores extrínsecos

Son materiales semiconductores puros contaminados con impurezas en mínimas proporciones una partícula entre un millón). A este proceso de contaminación se le denomina dopaje.

Según el tipo de dopaje que se le realice al material existen dos tipos:

Tipo N: En este caso se contamina el material con átomos de valencia 5, como son Fósforo (P), Arsénico (As) o Antimonio (Sb). Al introducirlos, fuerzo al quinto electrón de este átomo a vagar por el material semiconductor, pues no encuentra un lugar estable en el que situarse. Al conjunto de estos electrones se les llama electrones mayoritarios.

Tipo P: En este caso se contamina el material semiconductor con átomos de valencia, como son Boro (B), Galio (Ga) o Indio (In). Si se introduce este átomo en el material, queda un hueco donde debería ir un electrón. Este hueco se mueve fácilmente por la estructura como si fuese un portador de carga positiva. En este caso, los huecos son portadores mayoritarios.


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Resumen: Los semiconductores tipo N tienen exceso de portadores de carga negativos (electrones) y los semiconductores tipo P tienen exceso de portadores de carga positiva (huecos)

TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES

Número Atómico

Nombre del Elemento

Grupo en la Tabla Periódica

Categoría Electrones en la última órbita

Números de valencia

48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +25 B (Boro)

IIIa

Metaloide 3 e- +313 Al (Aluminio)

Metal31 Ga (Galio)49 In (Indio)14 Si (Silicio)

IVa Metaloide4 e- +4

32 Ge (Germanio)15 P (Fósforo)

VaNo metal 5 e- +3, -3, +5

33 As (Arsénico)Metaloide

51 Sb (Antimonio)16 S (Azufre)

VIaNo metal

6 e- +2, -2 +4, +634 Se (Selenio)52 Te (Telurio) Metaloide

En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno de los siguientes métodos:

Elevación de su temperatura Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina Incrementando la iluminación.

Con relación a este último punto, algunos tipos de semiconductores, como las resistencias dependientes de la luz (LDR – Light-dependant resistors), varían su conductividad de acuerdo con la cantidad de luz que reciben.

Resistencia dependiente de la luz (LDR), conocida también como fotorresistor o célula fotoeléctrica. Posee la característica de disminuir el valor de su resistencia interna cuando la intensidad de luz que incide sobre la superficie de la celda aumenta. Como material o elemento semiconductor utiliza el sulfuro de cadmio (CdS) y su principal aplicación es en el encendido y apagado automático del alumbrado público en las calles de las

ciudades, cuando disminuye la luz solar.

La conductividad eléctrica de los cuerpos materiales (σ) constituye la capacidad que tienen de conducir la corriente eléctrica. La fórmula matemática para hallar la conductividad es la siguiente:

Como se puede apreciar en esta fórmula, la conductividad (σ) se obtiene hallando primeramente el resultado de la recíproca de la resistencia (o sea, 1/R) multiplicándolo a continuación por el resultado que se obtiene de dividir la longitud del material (L) entre su área (A). En esa fórmula se puede observar también que la resistencia (R) es inversamente proporcional a (σ), por lo que, a menor resistencia en ohm de un cuerpo, la conductividad resultante será mayor.

LED

Diodos luminiscentes (LEDS)


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Los diodos luminiscentes son diodos semiconductores que al ser atravesados por una corriente eléctrica emiten radiaciones electromagnéticas en una estrecha banda de longitudes de onda (565nm a 950nm), dependiendo del semiconductor en que estén construidos.

Algunas de sus ventajas son:

Bajas temperaturas de funcionamiento. Gran estabilidad mecánica: insensibilidad frente a sacudidas o vibraciones. Facilidad para modular su emisión. Compatibilidad TTL. Pequeñas dimensiones. Inmunidad contra campos magnéticos y eléctricos, importante para la transmisión de

fibra óptica.

Dependiendo de la radiación emitida se subdividen en:

Diodos Infrarrojos (IRED). Diodos Emisores de Luz Visible (LED). Diodos Láser.

Algunas aplicaciones son:

Lámparas indicadoras o pilotos. Visualizadores numéricos de siete segmentos o alfanuméricos. En aparatos de medida. En instalaciones telefónicas, de datos y de señalización.


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Aparatos de electrónica moderna.

Industria de los semiconductores

El crecimiento de la industria de los semiconductores desde los inicios de la década de 1960 ha sido verdaderamente notable. Hoy en día los semiconductores son componentes esenciales de casi cualquier equipo electrónico, desde la radio y el televisor hasta las calculadoras de bolsillo y las computadoras. Una de las principales ventajas de los dispositivos de estado sólido sobre los bulbos electrónicos es que los primeros se pueden construir en un solo circuito integrado (chip) de silicio no mayor que la sección transversal de una goma de lápiz de esta forma se puede almacenar mucho más equipo en un espacio pequeño—un aspecto de particular importancia en los viajes espaciales y en las mini calculadoras y microprocesadores (computers on a chip).

Se considera que a aproximadamente a las 50.000 horas, es cuando su flujo decae por debajo del 70% de la inicial, eso significa aproximadamente 6 años en una aplicación de 24 horas diarias 365 días/año.

CELDAS FOTOVOLTAICAS

La palabra fotovoltaica se compone de dos términos: Foto = Luz, Voltaica = Electricidad. Es un dispositivo que convierte directamente la luz solar en electricidad.

Las celdas fotovoltaicas están hechas de materiales especiales llamados semiconductores tal como el silicio, que es el material más usado. Cuando la luz solar choca en la celda una cierta porción de ella es absorbida dentro del material semiconductor. Esto significa que la energía de la luz absorbida es transferida al semiconductor. La energía golpea los electrones libres permitiéndoles fluir libremente.

Todas celdas fotovoltaicas tienen uno o más campos eléctricos que actúan para forzar a los electrones liberados por la acción de la luz para fluir en una cierta dirección. Este flujo de electrones es una corriente y poniendo los contactos de metal en la parte superior e inferior de


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la celda fotovoltaica podemos dibujar la corriente para usarla externamente. Esta corriente junto con el voltaje de celda, define la potencia que puede entregar la celda solar.

Un átomo de silicio siempre buscará llenar su última capa con 8 electrones. Normalmente se utilizan estructuras de silicio con fósforo ya que este al tener 5 electrones, deja uno libre no atado a la estructura al aplicar energía, por ejemplo en forma de calor, este electrón es liberado de su posición más fácilmente que en una estructura de silicio puro. Cuando al silicio se le hace dopaje con fósforo resulta un silicio llamado tipo-N, porque prevalecen los electrones libres. El silicio tipo-N es mucho mejor conductor que el silicio puro.

Cuando al silicio se le hace doping con boro, el cual tiene 3 electrones en la última capa, se denomina silicio tipo-P. El silicio tipo-P, en lugar de tener electrones libres tiene huecos libres. Los huecos son ausencia de electrones, llevando así carga opuesta a la del electrón, es decir carga positiva. Estos se mueven igual como lo hacen los electrones.

Las celdas fotovoltaicas sin un campo eléctrico no funcionarían. Este campo eléctrico lo podemos formar al poner en contacto un silicio tipo-N y un silicio tipo-P. En la juntura se produce una barrera que hace difícil que los electrones del lado N crucen hacia el lado P, tenemos un campo eléctrico que separa los 2 lados. Este campo actúa como un diodo permitiendo con ayuda de la aplicación de energía externa los electrones fluyan desde el lado P al N.

Cuando la luz en forma de fotón choca con nuestra celda, libera pares de electrón-hueco. Cada fotón liberará exactamente un electrón dejando un agujero libre. Si esto sucede lo bastante cerca del campo eléctrico, este hará que se envié un electrón al lado N y un hueco al lado P. Esto provoca la ruptura de la neutralidad eléctrica. Si además se le proporciona un camino externo, los electrones fluirán hacia su lado original (Lado tipo-P) para unirse con los agujeros.

Los electrones que fluyen constituyen la corriente y el campo eléctrico de la celda constituye el voltaje. Con la corriente y voltaje tenemos la potencia de la celda.

Energía solar que absorbe la celda fotovoltaica.- La mayoría de las celdas pueden absorber alrededor del 25% y con mayor probabilidad 15% o menos. Esto es porque la luz visible es sólo una parte del espectro electromagnético. Y la radiación electromagnética no es monocromática. La luz puede ser separada en diferentes longitudes de onda.


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La luz que golpea tiene fotones con una gran variedad de energía, resulta que algunos no tienen la energía suficiente para formar el par electrón hueco. Mientras que otros fotones tienen mucho más energía.

Sólo se requiere una cierta cantidad de energía medida en electrón-volt para golpear un electrón libre (para el caso del silicio cristalino se requiere 1.1 eV). A esto se le llama banda de intervalo de energía de un material. (band gap energy)

La banda óptima de intervalo de energía es 1.4 eV para una celda hecha de un material simple.

Existen otras pérdidas, como lo es la resistencia interna de la celda llamada resistencia serie. Para minimizar estas pérdidas la celda es cubierta por una grilla metálica, sobre la grilla se coloca una cubierta antirreflectora y sobre esta una cubierta de vidrio como protección. Esto reduce las pérdidas en un 5%.

Otros Materiales

Existe también el silicio policristalino, pero no es más eficiente que el silicio cristalino.


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Estos materiales tienen diferentes intervalos de bandas y parecen estar sintonizados a diferentes longitudes de onda o a fotones con diferentes energías.

Se ha probado que el uso de dos o más capas de diferentes materiales con diferentes intervalos de bandas de energía resulta ser muy eficiente. El material con mayor banda se coloca en la superficie y más abajo los que requieren fotones con menor energía. Estas celdas reciben el nombre de multijuntiras, y pueden tener más de un campo eléctrico.

Materiales densamente cristalinos

Simple silicio cristalino--Rebanado desde simple cristal de silicio crecido, estas celdas son tienen un grosor de 200 micrones. La celda investigada ha alcanzado un 24% de eficiencia, los módulos comerciales exceden el 15%.

Silicio Policritalino--Rebanado de bloques del molde de silicio, estas celdas son menos caras para fabricar y menos eficientes que las celdas de simples de cristal de silicio. Las celdas investigadas alcanzan un 18% de eficiencia y los modulos comerciales alcanzan un 14%.

Redes Dendriticas--Una película de cristales simples de silicio sacado desde Silicio fundido, como una burbuja de jabón, entre dos cristales dendríticos.

Arseniuro Galio (GaAs)-Un material semiconductor III-V desde los cuales hacen celdas fotovoltaicas de gran eficiencia, son usados en sistemas de concentradores y en sistemas de potencia espacial. Investigaciones dicen que alcanzan 25% de eficiencia bajo luz solar y 28% bajo luz solar concentrada. Las celdas de multijuntura están basadas en GaAs y relacionadas con aleaciones III-V han excedido el 30% de eficiencia.

Materiales de película delgada

Silicio Amorfo (a-Si)-El silicio amorfo que es una estructura no cristalina. Primer uso en materiales fotovoltaicas en 1974. En 1996, el silicio amorfo constituyó más del 15% de la producción mundial de fotovoltaicas. Pequeños módulos experimentales de Si-a superan el 10% de eficiencia, en los módulos comerciales se alcanza un rango entre el 5-7%. Usado en productos de consumo, el Si-a es la gran promesa para la construcción de sistemas integrados, reemplazando los vidrios tintados con módulos semis-transparentes.

Telururo de Cadmio (CdTe)-Una delgada película de material policristalino, depositado por electrodeposición. Pequeños laboratorios se han acercado al 16% de eficiencia, y con un módulo comercial de tamaño (7200-cm2) midieron 8.34% de eficiencia, y producción de módulos de 7%.

Diseleniuro de Cobre Indio (CuInSe2, or CIS)-Una película de material policristalino, el cual alcanza una eficiencia de 17.7%, en 1996, con un prototipo módulo de potencia alcanza los 10.2%. La dificultad en tomar esta tecnología es la dificultad de evitar la formación de defectos durante la deposición que previene la formación de capas uniformes.

Concentradores-El sistema de concentradores usa lentes para focalizar la luz dentro de las celdas solares. Los Lentes, con un radio de concentración de 10x a 500x, típicamente focos lineales o puntuales. Las celdas son usualmente de silicio. Las celdas GaAs y otros materiales tienen alta eficiencia conversión a altas temperaturas, pero ellos son muy caros. La eficiencia de los módulos supera el 17%, y concentradores están diseñados para una eficiencia de conversión que supera el 30%.

Los Reflectores pueden ser usados para aumentar la salida de potencia, aumentando la intensidad de la luz en los módulos, o prolongar su tiempo.

Sistema de Concentradores: Las lentes no pueden centrar la luz dispersada, limitando su uso de áreas, como áreas del desierto, con un número substancial de días despejados en el año.


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SUPERCONDUCTORES

Los superconductores son una categoría de materiales que no oponen ninguna resistencia eléctrica al paso de corriente a muy baja temperatura ya que los electrones se desplazan sin colisiones y en zigzag a través de los cristales del átomo, es decir materiales con resistencia nula con los cuales se puede ahorrar la energía que se disipa en forma de calor en los otros conductores, debido a la colisión de los electrones entre sí y con los átomos del material. Además de lo anterior tienen otra característica muy importante que consiste en que expulsan de su interior los campos magnéticos mientras estos no sobrepasen un valor límite. . De manera diferente de los materiales comunes cuya resistencia eléctrica disminuye paulatinamente al bajar la temperatura, los superconductores, una vez alcanzado el umbral crítico, de manera abrupta pierden toda resistencia. Este efecto, descubierto por Heike Kamerlingh Onnes en 1911 en Leiden, abrió un nuevo campo de estudio en física. En la actualidad se lo considera un fenómeno cuántico.

Estos materiales se dividen en dos grandes categorías:

los de baja temperatura, que precisan ser refrigerados por gases como el helio a unos pocos grados por encima del cero Kelvin (-273 °C), y

los de alta temperatura, que alcanzan la superconductividad arriba de los 77 K, temperatura a la que el nitrógeno se transforma en un líquido.

A estas temperaturas, los sistemas de refrigeración se simplifican considerablemente, lo que

permite desarrollar aplicaciones prácticas para estos materiales. La teoría acerca de la

superconductividad fue desarrollada en la década de 1950, y en 1962, la compañía

Westinghouse fabricó el primer cable superconductor, hecho de una aleación de niobio y

titanio. Esto permitió construir los primeros imanes, que fueron utilizados en los aceleradores

de partículas como el del CERN y en la actualidad el LHC en Suiza. Hasta 1980 se creía

imposible conseguir la superconductividad a más de 30 K, pero en 1986, Bednorz y Müller

descubrieron una aleación basada en el lantano que superó ese límite y en 1993 se logró

superar la barrera de los 130 Kelvin trabajando con películas de óxido mixto de cobre, calcio,

bario y mercurio (HgBaCaCuO). Este mismo equipo logró en diciembre de 1993 una

temperatura crítica de 250 K a partir de un compuesto de bismuto, estroncio, calcio y óxido de

cobre (BiSrCaCuO).


MATERIALES MODERNOS

Los compuestos que han originado los sorprendentes adelantos en materia de

superconductividad son todos cupratos de la familia de las perovskitas de cobre, es decir,

cristales constituidos por el apilamiento, en todas las direcciones del espacio, de octaedros que

contienen en su centro un átomo metálico, el cobre, con átomos de oxígeno en los vértices; los

espacios entre los octaedros están ocupados por otro átomo metálico.

En la actualidad se busca lograr materiales superconductores a temperatura ambiente, la cual

está en torno a los 293 K (20 °C), lo que revolucionaría desde la industria del transporte con

vehículos que leviten hasta la computación con máquinas mucho más veloces que las actuales.

PROPIEDADES

Los superconductores ofrecen cuatro grandes ventajas sobre los conductores normales que

podrían ser explotadas en muchas aplicaciones, ellas son:

Conducen la electricidad sin pérdida de energía, y por tanto, podrían utilizarse en lugar

de los conductores para ahorrar energía.

No tienen resistencia, y por consiguiente no generan calor cuando se hace pasar

corriente eléctrica por ellos. En un conductor ordinario, la pérdida de energía debida a

su resistencia se disipa en forma de calor. Este calor impone un límite al número de

componentes electrónicos que pueden ser empaquetados juntos. Utilizando

superconductores se podrían empaquetar herméticamente un gran número de

componentes electrónicos, sin preocuparse por la disipación de calor.

Tienen capacidad para crear campos magnéticos intensos. Estos campos pueden ser

generados por imanes superconductores relativamente pequeños.

Pueden utilizarse para formar uniones Josephson, que son conmutadores

superconductores. Su funcionamiento es similar al de un transistor, pero la unión

Josephson es capaz de conmutar a una velocidad 100 veces superior. Conectando dos

uniones Josephson de una forma especial, pueden detectarse campos magnéticos

extremadamente débiles. Estos detectores tan sensibles de campos magnéticos

reciben el nombre de SQUID's (Super-conducting Quantum Interference Devices -

Dispositivos superconductores de interferencia cuántica)

EL EFECTO MEISSNER.

Si un superconductor se refrigera por debajo de su temperatura crítica en el seno de un campo

magnético, el campo rodea al superconductor, pero no penetra en él. Este fenómeno se conoce

con el nombre de Efecto Meissner y fue descubierto en 1933. Sin embargo, si el campo

magnético es demasiado intenso, el superconductor vuelve a su estado normal incluso estando

a una temperatura inferior a su temperatura crítica.

LA DENSIDAD DE CORRIENTE.


MATERIALES MODERNOS

Aplicar un campo magnético intenso no es la única manera de destruir la superconductividad,

una vez que el material ha sido refrigerado por debajo de su temperatura crítica. El paso de una

corriente intensa a través de un superconductor también puede hacer que éste pierda sus

propiedades. La cantidad de corriente que un superconductor puede soportar manteniendo nula

su resistencia se denomina densidad de corriente, la cual se mide en amperios por unidad de

área. Un valor típico de la densidad de corriente en un hilo superconductor es de 100.000

amperios por centímetro cuadrado. Si pasara una corriente más densa por el hilo, éste

ofrecería resistencia.

muchos de los superconductores de alta temperatura son anisótropos, es decir, conducen

mejor en unas direcciones que en otras. Algunos de estos materiales son capaces de conducir

la corriente en una dirección a una velocidad 30 veces superior que en otra.

EL EFECTO JOSEPHSON.

Otra propiedad interesante de los superconductores es el efecto Josephson, que está basado

en otro fenómeno que recibe el nombre de efecto túnel. En una unión formada por una

delgada barrera de óxido colocada entre dos superconductores, se puede producir efecto túnel.

Las caras externas de los dos superconductores se unen entre sí y se mide la corriente que

pasa a través de la unión. Cuando la unión se expone a campos magnéticos o radiación, el flujo

de corriente debido a que algunos electrones atraviesan la barrera de óxido (efecto túnel). Este

efecto puede emplearse en circuitos de computadores, y para detectar campos magnéticos

muy débiles. Estudios muy recientes han demostrado que el efecto Josephson puede

producirse a temperaturas muy superiores a las temperaturas críticas del material

superconductor.

TEORÍAS QUE EXPLICAN LA SUPERCONDUCTIVIDAD

Teoría BCS.

En 1957 tres investigadores, John Bardeen, Leon Cooper y J.R. Schrieffer, publicaron una

teoría que intentaba explicar cómo funcionan los superconductores. Esta teoría recibió el

nombre de teoría BCS, y los tres investigadores fueron galardonados por su trabajo.

La teoría BCS afirma que los electrones que fluyen a través de un superconductor se agrupan

en pares debido a los fonones (Partículas asociadas a las vibraciones de la red cristalina), que

crean una especie de pegamento subatómico. El par de electrones deja una estela al moverse

a través de la red cristalina. Esta estela es aprovechada por los pares siguientes como camino

a través de la red cristalina, evitando colisiones con otras partículas, lo que obstaculizaría el

flujo y generaría resistencia eléctrica (como ocurre con los conductores normales).

Según la teoría BCS, a medida que sube la temperatura del material superconductor, aumentan

las vibraciones de los átomos, que se traducen en vibraciones cada vez mayores de toda la red

cristalina. Esta vibración excesiva provoca la ruptura del par de electrones, interrumpiéndose la

estela del fonón, y causando la perdida de la superconductividad.


MATERIALES MODERNOS

La magnitud de las vibraciones de la red está relacionada directamente con la temperatura. El

Cero Absoluto es el punto al cual desaparecen todas las vibraciones. Por tanto, es imposible

alcanzar una temperatura más baja, y de ahí el nombre de "Cero Absoluto". A medida que sube

la temperatura por encima del Cero Absoluto, la magnitud de las vibraciones aumenta

sistemáticamente. La temperatura que tiene un material es justamente una medida del

movimiento de sus átomos.

El punto de fusión de un material (como por ejemplo el hilo) es simplemente la temperatura de

transición a la cual las vibraciones son tan fuertes, que las fuerzas de cohesión de la estructura

cristalina no son lo suficientemente grandes para mantener los átomos en las posiciones que

ocupan en la red, quedando estos libres para desplazarse.

Como resultado, un sólido rígido (hielo en el caso del agua) se convierte en un líquido. Si la

temperatura sigue subiendo, se alcanza otra temperatura de transición en la que el movimiento

atómico es tan grande que las fuerzas de atracción existentes en el líquido no pueden

mantener a los átomos juntos. En ese momento el material se convierte en un gas.

Debido a que los nuevos superconductores tienen temperaturas criticas bastante superiores al

Cero Absoluto, parece ser que la teoría BCS no explica por qué se produce superconductividad

en estos nuevos materiales. Las temperaturas críticas son demasiado altas para poder suponer

vibraciones reducidas, como ocurre en los antiguos superconductores. Aun así, la mayor parte

de los teóricos creen que los electrones en los superconductores de alta temperatura fluyen

emparejados.

Teoría fundamentada en el excitón.

El excitón, de "electronic excitation", es un mecanismo de interacción más fuerte que los

fonones y puede continuar operando a temperaturas más altas.

Cuando los nuevos superconductores de alta temperatura son enfriados a su temperatura

critica, las vibraciones de la estructura cristalina se sincronizan de tal manera que los

electrones son guiados a través de la red.

Teoría RVB.

Utiliza el concepto de enlace de valencia resonante y se basa en la repulsión electrón-electrón:

a causa de que los electrones tienen la misma carga se repelen entre sí, haciendo que se

prepare ellos mismos su propio camino a través de la red.

Teoría fundamentada en los plasmones.

Atribuye el emparejamiento de electrones a altas temperaturas al mecanismo derivado de

movimientos colectivos de electrones (plasmones).

PLASMA


MATERIALES MODERNOS

Al Plasma se le llama a veces "el cuarto estado de la materia", además de los tres conocidos,

sólido, líquido y gas. Es un gas en el que los átomos se han roto, que está formado por

electrones negativos y por iones positivos, átomos que han perdido electrones y han quedado

con una carga eléctrica positiva y que están moviéndose libremente.

Donde vivimos nosotros, en la baja atmósfera, cualquier átomo que pierde un electrón (p.e.,

cuando es alcanzado por una partícula cósmica rápida) lo recupera pronto o atrapa otro. Pero

la situación a altas temperaturas, como las que existen en el Sol, es muy diferente. Cuanto más

caliente está el gas, más rápido se mueven sus moléculas y átomos, y a muy altas

temperaturas las colisiones entre estos átomos moviéndose muy rápidamente son lo

suficientemente violentas como para liberar los electrones. En la atmósfera solar, una gran

parte de los átomos están permanentemente "ionizados" por estas colisiones y el gas se

comporta como un plasma.

A diferencia de los gases fríos (p.e. el aire a la temperatura ambiente), los plasmas conducen

la electricidad y su comportamiento colectivo. Con esto se entiende que el plasma es capaz en

su conjunto de procesos de generar campos magnéticos y eléctricos, campos a los cuales a su

vez puede reaccionar. La lámpara fluorescente, muy usada en el hogar y en el trabajo, contiene

plasma (su componente principal es el vapor de mercurio) que calienta y agita la electricidad,

mediante la línea de fuerza a la que está conectada la lámpara. La línea hace positivo

eléctricamente a un extremo y el otro negativo causa que los iones (+) se aceleren hacia el

extremo (-), y que los electrones (-) vayan hacia el extremo (+). Las partículas aceleradas

ganan energía, colisionan con los

átomos, expulsan electrones adicionales

y así mantienen el plasma, incluso

aunque se recombinen partículas. Las

colisiones también hacen que los átomos

emitan luz y, de hecho, esta forma de luz

es más eficiente que las lámparas

tradicionales. Los letreros de neón y las

luces urbanas funcionan por un principio

similar y también se usan (o usaron) en

electrónica. El concepto de plasma fue

usado por primera vez por Irwing

Langmuir (1881-1957).

El estado plasmático todavía lo podemos subdividir en algunos cuantos grupos más:

� Plasma común: las capas de electrones de los átomos son parcialmente deterioradas

(debido a una alta temperatura o presión). Los electrones libres son responsables de

las características plasmáticas de la sustancia en cuestión.

� Plasma termonuclear: Las capas electrónicas de los átomos no existen, la sustancia es

una mezcla de núcleos “pelados” y electrones libres. En éste estado se encuentran el

plasma en los núcleos de las estrellas, donde se da lugar la síntesis TN.


MATERIALES MODERNOS

� Plasma de nucleones: Debido a muy altas temperaturas o presiones, los mismos

núcleos atómicos son despedazados. La materia es una mezcla de electrones,

protones y neutrones. Los plasmas nucleónicos se manifestaron a los 10−5 s después

del comienzo del Universo, donde los quarks crearon los primeros protones y

neutrones. Encontramos también este tipo de plasma en las capas exteriores de una

supernova explotando, donde su comienzo desarrolla una onda de choque de gas

presionado. En ésta capa por un corto tiempo se dan lugar disturbios en las reacciones

termonucleares, que dan lugar a elementos pesados.

� Plasma de Quarks-gluones: en altas energías los nucleones mismos se desmenuzan

en sus constituyentes: los quarks y los gluones. En ese estado se encontraba la

materia quizá hasta el primer décimo de microsegundo después del comienzo del

Universo y artificialmente se logró reproducir este estado de la materia en el CERN en

el año 2000.

Por plasma, sin embargo, algunos autores también entienden algunas partes de la ionósfera,

especialmente la capa F, la cual refleja las ondas de radio y permite la comunicación por radio

a través de la reflexión en la ionósfera. El plasma se encuentra en los cinturones radiantes de

van Allen. El viento solar, una corriente ininterrumpida de partículas desde nuestro Sol, dentro

de la cual también se encuentra nuestra Tierra, es también un plasma. En estado plasmático se

encuentran los núcleos y atmósferas de las estrellas, el núcleo de nuestra galaxia, las

nebulosas y la mayoría de los objetos en el Universo. En la Tierra nos encontramos con el

plasma en los canales de los rayos, en diferentes descargas eléctricas y el plasma es también

creado artificialmente e investigado en los laboratorios:

� plasma láser – tiempo de vida: 10−12 ÷ 10−9 s

� plasma pulsante – tiempo de vida: 10−9 ÷ 10−6 s

� Tokamak – tiempo de vida: 1 s

� plasma frío – tiempo de vida: horas, días, años

APLICACIONES FUTURAS.

En sistemas de potencia .- Los sistemas eléctricos de potencia podrían ser grandes

beneficiarios de la superconductividad. Los sistemas de potencia abarcan todos los sistemas

utilizados para producir y distribuir electricidad. Desde los generadores en las centrales

eléctricas hasta los consumidores individuales, pasando por la red de distribución, los

materiales superconductores podrían ahorrar mucha energía y dinero frente a los sistemas

convencionales. Unos generadores que tuvieran bobinados de hilos superconductores en lugar

de hilos convencionales de cobre podrían generar la misma cantidad de electricidad con menor

trabajo y equipamiento más pequeño. Una vez generada la electricidad, podría distribuirse a

través de una red de líneas de alta tensión superconductoras. Los sistemas actuales de

distribución gastan hasta el 20% de la energía que reciben a causa de su resistencia.


MATERIALES MODERNOS

La energía que llega al consumidor podría ser utilizada más eficientemente si los

electrodomésticos tuvieran motores con bobinados superconductores y circuitos electrónicos

con materiales del mismo tipo.

No existen en la actualidad muchas formas de almacenar grandes cantidades de energía. Las

baterías no son adecuadas en muchos casos, debido a su costo, tamaño, volatilidad y gastos

de mantenimiento. El sistema SMES (almacenamiento de energía magnética por

superconducción) podría llegar algún día a proporcionar una forma práctica y eficiente de

almacenar grandes cantidades de electricidad. Unos anillos superconductores gigantes, que se

podrían situar bajo tierra, serían capaces de almacenar grandes cantidades de energía

eléctrica en prolongados períodos de tiempo.

En electrónica.-De todas las áreas que recibirán el impacto de la superconductividad, la

electrónica será probablemente la primera. La superconductividad permite el diseño y

elaboración de una nueva familia de circuitos integrados con impresionantes prestaciones. El

calor es un enemigo de los circuitos integrados, éstos fallan inmediatamente cuando operan a

temperaturas que exceden sus especificaciones de diseño. Esta es la razón por la cual muchos

aparatos que tienen circuitos de este tipo disponen de ventiladores (como por ejemplo el

ordenador personal). El calor es generado por el flujo de corriente eléctrica. Los diseñadores de

dispositivos electrónicos ponen mucho cuidado en sintetizar y espaciar los circuitos de forma

que el calor generado pueda disiparse sin degradar el funcionamiento del dispositivo.

Empleando superconductores en los diseños, no habría disipación de calor. Así, los circuitos

podrían conectarse más próximos entre sí, lo que además reduciría el tiempo que necesitan las

señales eléctricas para ir de un punto del circuito a otro. Esto permitiría construir dispositivos

más rápidos y complejos que ocupasen además menos volumen.

Otra aplicación de la superconductividad que ha causado gran impacto en la electrónica es la

unión Josephson, la cuales podrían sustituir con éxito al transistor como unidad de conmutación

en computadores de alta velocidad.

Con uniones Josephson, podría construirse un computador mucho más potente que cualquiera

de los supercomputadores que existen en la actualidad y con un volumen mucho menor.

En ciencia y medicina.- Un uso de los electroimanes superconductores en el laboratorio sería

para la construcción de "botellas magnéticas" capaces de contener una reacción de fusión. En

una reacción de fusión se combinan átomos entre sí, liberándose energía (el mismo método

que emplean las estrellas). Los reactores de fisión nuclear utilizados en la actualidad

descomponen los átomos para generar energía, dejando residuos radiactivos. Los reactores de

fusión no son residuales, sin embargo, las reacciones de fusión son tan violentas y desprenden

tanto calor que aún no se conoce ningún material capaz de contenerla. Los físicos confían en

que los futuros imanes superconductores podrán generar campos magnéticos capaces de

confinar estas reacciones.


MATERIALES MODERNOS

En medicina la superconductividad sería útil para el mejoramiento en la construcción de

equipos de generación de imágenes a partir de resonancia magnética.

En transporte.- La superconductividad puede afectar a los medios de transporte de muchas

formas. Se podrían emplear compactos electroimanes superconductores para hacer levitar a

los trenes por encima de sus raíces. Estos trenes MagLev (levitados magnéticamente) podrían

flotar en un campo magnético mientras son impulsados a velocidades dos veces superiores a

las de cualquier tren existente en la actualidad. Eficientes motores superconductores podrían

crear una nueva gama de vehículos, barcos y submarinos eléctricos.

En defensa.- Los militares orientan sus investigaciones hacia distintos aspectos de la

superconductividad. Lanzaderas de mísiles con guías superconductoras podrían sustituir a los

proyectiles explosivos, y motores superconductores permitirían a los submarinos operar mucho

más silenciosamente, haciendo más difícil su detección. También podrían mejorarse las

prestaciones de todo tipo de detectores, haciéndolos más sensibles en rangos de operación

más amplios.

Líneas de Investigación

Esfuerzos por subir la temperatura crítica de los diferentes materiales.

Algunos laboratorios que han anunciado superconductores a temperatura ambiente en

zonas muy localizadas de los materiales intentan aislar y caracterizar las zonas

superconductoras de estos con la intención de crear un material uniforme.

Se intenta aumentar la densidad de corriente con la intención de emplearlos en

aplicaciones de alta potencia.

Se está investigando para superar las limitaciones que presentan los actuales

superconductores de alta temperatura por sus propiedades mecánicas, ya que se trata

de compuestos cerámicos bastante duros lo que dificulta su manufacturado de

maneras útiles, como hilos, cintas, y películas delgadas.

El gobierno de Estados Unidos esta subvencionando distintos proyectos de investigación en

nuevas aplicaciones prácticas de los superconductores.

En Estados Unidos el Departamento de Nuevas Ciencias y Tecnologías investiga para usar la

superconductividad para mejorar los sensores infrarrojos especiales de detección de mísiles.

También está interesado en un sistema de almacenamiento de energía en grandes cantidades

para los sistemas de láseres terrestres de gran potencia.

El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) trabaja en el desarrollo de hilos

superconductores, ya tiene una base de datos especializada para el uso de los científicos

estadounidenses.


MATERIALES MODERNOS

BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y

organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos

para usos específicos (Convention on Biological Diversity, Article 2. Use of Terms, United

Nations. 1992). Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl

Ereky, en 1919.

Aplicaciones

Se suelen clasificar como:

1. Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos.

Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos, el desarrollo

de vacunas y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias

regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a

través de la terapia génica.

2. Biotecnología blanca: conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a

procesos industriales. Un ejemplo de ello es el diseño de microorganismos para

producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya

sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos

peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas). También se aplica a los usos de

la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales, como

plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo

es la creación de productos fácilmente degradables, que consuman menos energía y

generen menos deshechos durante su producción. La biotecnología blanca tiende a

consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir

bienes industriales.

3. Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo

de ello es el diseño de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones

ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera

que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con el medio ambiente

que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la

ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la

necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt. Si los

productos de la biotecnología verde como éste son más respetuosos con el medio

ambiente o no, es un tema de debate.

4. Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término utilizado

para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos.

Aún en una fase temprana de desarrollo sus aplicaciones son prometedoras para la

acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.


MATERIALES MODERNOS

Biocombustible

Bioetanol: es el producto que identifica al etanol o

alcohol etílico obtenido de biomasa para uso

combustible.

Biodiesel: es un producto combustible que se

compone de ésteres metílicos o etílicos de los

aceites vegetales, grasas animales o aceites

comestibles en desuso, obtenidos por reacción

química de los mismos con metanol o etanol

respectivamente.

Antecedentes:

� Producción mundial de bioetanol: 22 millones de m3.

� Producción mundial de biodiesel: 3,6 millones de m3.

� Consumo país de energías primarias: 34% petróleo, 21%hidroelectricidad, 21% gas

natural y otros gases, 14% leña y otros, 10% carbón.

� Chile importa 72% de la energía.

� 98% de petróleo.

� 96% del carbón.

� 75% del gas natural.

Biodiesel de Microalgas

Líneas de Investigación

� Selección y mejoramiento genético de microalgas

oleaginosas nativas.

� Optimización de parámetros de cultivo para la

producción de biodiesel en cepas seleccionadas.

� Estudio de rutas metabólicas para la producción de

lípidos en microalgas.


MATERIALES MODERNOS

� Diseño, implementación, optimización y escalamiento de foto-biorreactores.

� Producción de biodiesel y biohidrógeno a partir de microalgas.

� Producción de bioetanol y biogas a partir de macroalgas.

� Mitigación de CO2 por medio de cultivos de microalgas.

� Aprovechamiento de subproductos del proceso de producción de biocombustibles

algales bajo el modelo de biorefinería.

� Diseño y predicción de modelos económicos para biocombustibles algales.

ADN

El ADN es la sigla empleada para el Ácido Desoxiribo Nucleico. Este corresponde al material

genético que está presente en cada célula de los organismos vivos. Está presente en algunos

virus (otros virus tiene ARN), algas, plantas, árboles, animales y el hombre. El ADN se forma

por cuatro nucleótidos (letras) que son Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T).

Esta información se encuentra

en el núcleo de la célula y es

lo que conocemos como

genoma. Una característica

de gran interés es que las

bases del ADN son las

mismas en todos los

organismos vivos, pero varía

el orden en que se disponen

estas letras y la cantidad de

ellas presentes en el núcleo.

Es así que los virus tienen

muy poco ADN comprado con el hombre. A su vez, no debemos engañarnos, ya que muchas

plantas tienen mucho más ADN que el hombre.

Si pensamos en el pino tiene cerca de 9 veces más ADN que el hombre. Dentro del ADN hay

diferentes funciones, algunas letras (secuencias) son responsables que existan los genes. Por

ejemplo la insulina es una proteína, cuya información se encuentra en el núcleo. Del total del

ADN de un organismo, se cree que sólo un 20% es funcional, es decir está involucrado en

generar proteínas o cumplir una función en la célula. A medida que se vaya descifrando un

mayor número de genomas será posible conocer la función de las diferentes partes del

genoma.

Ingeniería genética


MATERIALES MODERNOS

La ingeniería genética es la tecnología que permite tener ADNr. La ingeniería genética puede

definirse como "La manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis

genético o al mejoramiento de una especie". La generación del ADNr puede tener diferentes

fines, el más común es determinar la función o rol que tendría un gen. Por ejemplo, si

asumimos que tenemos un fragmento de ADN y creemos que es responsable de la producción

del color azul en flores, podemos insertar ese fragmento en una planta que produce flores

blancas. Si al dejar crecer esta planta genera flores azules, entonces sabremos que ese gen es

el culpable del color azul. Las aplicaciones más comunes de esta tecnología la encontramos en

el área de la farmacología. Muchas proteínas, que son necesarias para el buen funcionamiento

del hombre (por ejemplo insulina, en el caso de diabéticos) se pueden producir en

microorganismos a gran escala y bajo costo. Una ventaja enorme es que por esta metodología

tendremos la insulina humana, con una gran pureza. Hoy en día se sintetizan más de 200

fármacos por medio de ADNR.

Según French Anderson (60 años), pionero de la terapia genética, "ya existe toda la base

científica necesaria, pero no tendremos hasta dentro de 10 o 5 años la eficiencia y seguridad

para llevar a cabo transferencias genéticas en forma ética".

La ingeniería genética tiene un gran potencial en las diferentes áreas de la biotecnología. Ya

mencionábamos el caso de la insulina, beneficio directo para el hombre. Un área de uso y que

representa sólo el 10% de la tecnología del ADNr, es en el sector agrícola. Es posible obtener

plantas que posean una característica de interés, por ejemplo plantas que producen una toxina

para insectos (maíz Bt), arroz enriquecido con vitamina (arroz dorado), cultivos que en el futuro

sean capaces de actuar como biorreactores y producir fármacos, etc. Desde 1996, se están

comercializando plantas genéticamente modificadas en el mundo, especialmente en Estados

Unidos, Argentina, Brasil y Canadá.

En el área pecuaria, ya hay algunos ejemplos de animales genéticamente modificados y lo

mismo en el caso de los peces, donde hay mucha investigación, pero todavía no se

comercializan


MATERIALES MODERNOS

ADN RECOMBINANTE

El ADN recombinante, o ADN

recombinado, es una molécula de ADN

artificial formada de manera deliberada in

vitro por la unión de secuencias de ADN

provenientes de dos organismos de

especies diferentes que normalmente no

se encuentran juntos. Al introducirse este

ADN recombinante en un organismo, se

produce una modificación genética que

permite la adición de un nuevo ADN al

organismo, conllevando a la modificación

de rasgos existentes o la expresión de

nuevos rasgos. La producción de una proteína no presente en un organismo determinado y

producidas a partir de ADN recombinante, se llaman proteínas recombinantes.

El ADN recombinante es resultado del uso de diversas técnicas que los biólogos moleculares utilizan para manipular las moléculas de ADN y difiere de la recombinación genética que ocurre sin intervención dentro de la célula. El proceso consiste en tomar una molécula de ADN de un organismo, sea virus, planta o una bacteria y en el laboratorio manipularla y ponerla de nuevo dentro de otro organismo. Esto se puede hacer para estudiar la expresión de un gen, para producir proteínas en el tratamiento de una enfermedad genética, vacunas o con fines económicos y científicos

Procedimiento

El proceso de producción de un ADN recombinante comienza con la identificación desde un organismo de una secuencia de ADN de interés con el fin de propagarlo en otro organismo que carece de la secuencia y, por ende, del producto proteico de esa secuencia de ADN.2 Así se pueden producir cantidades ilimitadas de la proteína codificada por el susodicho gen. En términos simples, el procedimiento consiste en:

Localización de genes y sus funciones. Clonación del ADN, y su posterior almacenamiento en genotecas. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) Utilización de vectores de expresión.

Aplicaciones

El vector que se utiliza contiene secuencias de ADN que al ser replicadas confieren resistencia a antibióticos específicos. Esta técnica ha sido ampliamente utilizada en el campo de la medicina y ha permitido el desarrollo de importantes avances terapéuticos como por ejemplo la producción de insulina recombinante.

Permite además la posibilidad de utilizar plantas y alimentos transgénicos, así como microorganismos modificados genéticamente para producir fármacos u otros productos de utilidad para el hombre, entre los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del crecimiento, interferones, la obtención de nuevas vacunas o la clonación de animales. El uso de ADN recombinantes puede también tener un impacto perjudicial que un uso inadecuado podría provocar en el ser humano y en el propio planeta.


MATERIALES MODERNOS

Con el uso de ADN recombinante se ha logrado obtener plantas transgénicas resistentes a insectos, hongos, bacterias y herbicidas, con mejores características de calidad durante pos cosecha y con alto contenido nutricional. También ha permitido la clonación, expresión y producción mediante esta técnica de diversos antígenos, por ejemplo, la vacuna contra la hepatitis B y la vacuna contra el virus del papiloma humano.

Producción y terapia con proteínas recombinantes.- Las proteínas recombinantes son aquellas que se producen mediante la técnica del ADN recombinante, es decir, expresando un gen de un organismo en otro organismo distinto. Para que estas proteínas sean útiles desde el punto de vista terapéutico tienen que conservar su actividad. Además, se debe evitar que sean inmunogénicas para el ser humano. Para ello es importante decidir para cada proteína recombinante cual es el organismo de expresión más adecuado.

Producción en bacterias.- Estas proteínas recombinantes han intentado expresarse en bacterias como E. coli, ya que son fáciles de mantener, crecen rápido y se conoce bien su genoma. Sin embargo, el mayor problema que presenta la producción en bacterias es que en ellas no existe glicosilación proteica, por lo que algunas proteínas producidas en bacterias pierden totalmente su función. Aun así se han logrado producir con éxito algunas proteínas recombinantes en bacterias. La primera proteína recombinante que se produjo en E. coli fue la somatostatina, una hormona anti-crecimiento de 14 aminoácidos. Sin embargo, aunque desde el punto de vista científico fue un éxito, desde el punto de vista económico fue un fracaso, ya que su utilidad estaba reducida a personas con problemas de gigantismo y similares, que son poco comunes. Posteriormente se logró un gran éxito en este campo mediante la producción de insulina en bacterias. La insulina presenta la ventaja de no necesitar modificaciones postraduccionales, por lo que se evita este problema de su producción en bacterias. Además, la diabetes es una enfermedad muy frecuente en la sociedad, con unos 347 millones de diabéticos. En EEUU el 6% de la población (20 millones de habitantes) son diabéticos y esta enfermedad es la 6ª causa de muerte. Antes de esta producción en bacterias, se usaba insulina porcina.

Producción en levaduras.- Al ser células eucariotas y por lo tanto más similares a las humanas que las bacterias y ser muy fáciles de emplear industrialmente, las levaduras constituyen otro grupo de organismos susceptibles de producir proteínas recombinantes para uso humano. Sin embargo, aunque sí presentan glicosilación proteica, al contrario que las bacterias, esta es totalmente distinta a la humana, por lo que estas proteínas presentan problemas, en muchos casos incluso inmunogénicos.


MATERIALES MODERNOS

Producción en células de insecto.- Más cercanas aún a las células humanas que las levaduras son las de insecto, como las de Spodoptera frugiperda (una polilla parásito del maíz y del algodón), que se cultivan fácilmente in Vitro, aunque el medio de cultivo es caro. Dicho medio, además, no contiene suero, lo que hace más fácil el procesado de la proteína. Otra de las propuestas ha sido el uso no de células de insecto, sino de los insectos completos para la producción de estas proteínas. Para ello se infectan a los insectos con baculovirus modificados (que además no infectan a los seres humanos) para que expresen la proteína recombinante. Sin embargo, este sistema presenta exactamente el mismo problema que el de levaduras: que las células de insecto presentan glicosilación, pero esta es totalmente distinta a la de mamíferos.

Producción en células de mamífero.- Al ser células más parecidas a las humanas, el procesamiento que sufren las proteínas recombinantes producidas en células de mamífero también es más similar, por lo que se conserva su función (aunque puede haber ligeros cambios en el patrón de glicosilación). Los inconvenientes de este método es que el crecimiento celular es más lento, tardando de 6 a 24 horas en duplicarse las células, que los cultivos pueden sufrir contaminación de bacterias u hongos y que se puede contaminar el producto con virus que infecten a humanos. Para la producción en mamíferos se usan las células CHO, de ovario de ratón chino, que presentan la ventaja de que crecen bien y existen gran cantidad de mutantes de glicosilación. Además, se está intentando que los animales secreten estas proteínas en la orina, en la leche, etc.

CLONACIÓN

La clonación puede definirse como el proceso por el que se consiguen copias idénticas de un organismo ya desarrollado, de forma asexual. Estas dos características son importantes:

Se parte de un animal ya desarrollado, porque la clonación responde a un interés por obtener copias de un determinado animal que nos interesa, y sólo cuando es adulto conocemos sus características.

Por otro lado, se trata de hacerlo de forma asexual. La reproducción sexual no nos permite obtener copias idénticas, ya que este tipo de reproducción por su misma naturaleza genera diversidad.

Cada célula contiene toda la información sobre cómo es y cómo se desarrolla todo el organismo del que forma parte.

Todas las células de un individuo derivan de una célula inicial, el embrión unicelular o zigoto. Esta célula peculiar, que es ya una nueva vida, se obtiene de forma natural por la fusión de las células reproductoras, óvulo y espermatozoide, cada una de las cuales aporta la mitad del material genético (la mitad de los planos). En el zigoto tenemos ya la información de cómo va a ser el nuevo organismo: su sexo, sus características físicas, todo: los planos completos. A partir de ese momento esa información se ira convirtiendo rápidamente en realidad por dos procesos: la división celular y la especialización de las células.

El zigoto empieza dividiéndose en células que a su vez vuelven a dividirse. Así el embrión va creciendo: primero consta una sola célula, que se divide en


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dos, y luego en 4, 8, 16, etc. En cada división se hace una copia del ADN presente al inicio (fotocopias de los planos), para que cada célula tenga la información de cómo es todo el individuo. Millones de divisiones después, tendremos un organismo desarrollado compuesto de millones de células que tienen todas ellas toda la información, la misma contenida en el zigoto.

Conforme aumenta el número de células estas van especializándose y adquiriendo diferentes funciones. En las primeras etapas de la vida del embrión las células que lo constituyen no tienen unas características concretas, están poco especializadas, pero por eso mismo tienen mucha potencialidad: son capaces de transformarse en cualquier tipo celular, o incluso -en las primeras etapas- de dar lugar a un nuevo organismo. En el organismo adulto, sin embargo, las células ya tienen funciones bien definidas y pierden potencialidad. Esta especialización o diferenciación celular, viene determinada por el uso del ADN: cada célula utiliza sólo la parte del ADN que corresponde a su función. De modo que, aunque cada célula tenga toda la información, no la utiliza toda, sino sólo la parte que le corresponde.

Una precisión sobre las células reproductoras, óvulos y espermatozoides. Son una excepción a lo dicho hasta ahora, porque su material genético, su ADN, no es igual al del resto de las células del organismo: tienen la mitad de moléculas de ADN, para que al fusionarse con las aportadas por la otra célula reproductora den lugar a una dotación genética completa; y, además, cada célula reproductora de un mismo organismo recibe una mitad diferente del ADN característico de ese individuo. Ese es el origen de la diversidad en la reproducción sexual y la razón por la cual cualquier embrión producido por fecundación es una incógnita: hasta que crezca no conoceremos sus características.

Teniendo todo esto en cuenta, cualquier célula del organismo adulto (células somáticas, no reproductoras) puede servir teóricamente para obtener un nuevo ser vivo de las mismas características, ya que tiene en su ADN la información de cómo es y cómo se desarrolla ese determinado organismo. Se trataría de tomar una célula cualquiera, exceptuando las células reproductoras que tienen una dotación incompleta, y conseguir que esa información se exprese, se ponga en funcionamiento y nos produzca otro ser. Clonar consistiría por tanto en reprogramar una célula somática para que empiece el programa embrionario. Una vez comenzado su desarrollo se implantaría en un útero, ya que de momento no es posible que los embriones lleguen a término fuera de un útero.

Además, disponemos de tecnología adecuada, tanto para conseguir que las células vivan y crezcan fuera del cuerpo, mediante las llamadas técnicas de cultivo celular, como para implantar con éxito embriones generados in vitro, por las técnicas de manipulación de embriones.


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Dolly ha sido el primer animal clonado, es decir, generado a partir de una célula diferenciada o somática, sin que hubiese fecundación. Esa célula procedía de un cultivo de células obtenidas a partir de la ubre de la oveja que se quería clonar. Como hemos dicho antes, las células de un determinado tejido cuando se mantienen vivas fuera del cuerpo -en cultivo-, no dan espontáneamente embriones, sino más células diferenciadas como ellas: no “recuerdan” cómo se lleva a cabo el programa embrionario.

Para lograr que una de esas células “recuperase la memoria” y diera lugar a un nuevo ser, se recurrió a una técnica denominada transferencia nuclear : se tomó el núcleo de esa célula, que es la parte que contiene el ADN y por tanto la información, y se fusionó con el citoplasma de un óvulo procedente de otra oveja, al que previamente se había eliminado el núcleo. Se utilizó un óvulo porque es una célula equipada para el desarrollo embrionario, y su citoplasma (el contenido que rodea al núcleo) vendría a ser de algún modo el entorno adecuado para que el núcleo de la célula adulta se reprogramara. Y, en efecto, así fue: esa célula se transformó en un embrión unicelular y comenzó el sofisticado programa embrionario, de manera idéntica al que se obtiene por la fusión de un óvulo y un espermatozoide. Tras unos días de crecimiento in vitro el embrión se implantó en una madre de alquiler y 148 días después nació Dolly, una oveja genéticamente idéntica a la de partida.

El proceso de obtención de Dolly fue muy costoso, y en la actualidad no se ha mejorado mucho. Dolly fue el único resultado positivo de 277 intentos, a partir de los cuales se consiguieron 29 embriones, muchos de estos no llegaron a desarrollarse y otros murieron al poco de nacer.

Con todo, Dolly fue un logro científico muy importante. Demostró que hay más de un modo de obtener nuevos animales. Por un lado tendríamos la reproducción natural, que es sexual y que produce diversidad; y, por otro, la clonación: una reproducción artificial, asexual, y que da lugar a individuos idénticos.

Desde el punto de vista técnico, los animales clonados también han presentado problemas: además de presentar un porcentaje mayor de malformaciones, padecen con frecuencia un síndrome que se manifiesta en que su tamaño es mayor de lo normal, y que tiene consecuencias negativas para su salud y desarrollo.

Existen alternativas a la clonación humana con fines terapéuticos que no presentan objeciones éticas tan serias. La más interesante es la posibilidad de conseguir células madre de origen no embrionario.


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En el cuerpo humano existen células madre de adulto que son precursoras de otros tipos celulares: células menos especializadas que podrían dar lugar a varios tipos de células. En los últimos años se ha descubierto que estas células son mucho más versátiles de lo que se pensaba. Si se ponen en cultivo y se tratan con diversos factores puede hacerse que se diferencien hacia tipos celulares muy diferentes de aquellos a los que habitualmente dan lugar en el cuerpo. Por ejemplo, a partir de células de médula ósea se han conseguido células de músculo, hueso, células nerviosas, hepatocitos, etc. Las células madre se encuentran en el adulto en la médula ósea, el sistema nervioso y órganos diversos.

También pueden obtenerse células madre del cordón umbilical y de la placenta del recién nacido. Como ya hemos indicado, placenta y cordón umbilical proceden del embrión y sus células tampoco provocarían rechazo.

Utilizar esas células para auto-transplantes no presentaría ningún inconveniente ético, ya que no habría una nueva vida implicada. Otras posibilidades serían la modificación genética de células madre procedentes de otras personas para que no provocaran rechazo, o la existencia de bancos de células a los que se pudiera acudir para buscar células compatibles con la persona que las va a recibir.

En definitiva: hay muchas vías terapéuticas que van haciéndose posibles por el desarrollo de la ciencia y que no vulneran el respeto debido a la vida humana en todas las fases de su desarrollo. Es deber de todos defender la vida humana y fomentar que se canalicen los esfuerzos de la investigación hacia lo que son verdaderos avances.

PRODUCTOS TRANSGÉNICOS

Un organismo transgénico o un organismo modificado genéticamente (OMG) es aquel organismo al que se ha alterado la información genética propia con la adición de muy pocos genes (generalmente uno) procedentes de otro organismo, normalmente de otra especie.

La aplicación de la ingeniería genética entre las especies implica muy pocos cambios fundamentales con respecto a las técnicas tradicionales; sin embargo, es una tecnología


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revolucionaria puesto que permite identificar, aislar e introducir un determinado gen o genes en un organismo de una forma directa y controlada.

Hay productos transgénicos de origen vegetal, animal y fermentados (pan, cerveza, derivados lácteos, etc.). En el mundo vegetal se estudia la incorporación de genes que proporcionan resistencia a plagas y patógenos, retraso en el proceso de maduración, soportar las condiciones ambientales extremas, aumento del valor nutricional de algún alimento, etc. Pero en el campo animal, los avances se realizan de una forma más lenta puesto que los cambios en animales implican mayores repercusiones éticas y sociales.

Salud personal:

Los alimentos transgénicos que se han comercializado no son más peligrosos para la salud que los convencionales de los que proceden, ya que cualquier alimento modificado genéticamente, antes de obtener su autorización para su puesta en el mercado, ha de pasar una serie de estudios estrictos, entre ellos pruebas toxicológicas, para descartar cualquier riesgo sanitario. Pueden pasar de unos 4 a 5 años. Estudios minuciosos demuestran que el contenido nutricional del alimento es el mismo que el de origen y que no se han producido aumentos de ninguna sustancia toxica ni de su potencial alergénico.

Hoy en día son 4 los principales cultivos OGM, maíz, algodón, soya y canola, ya sea para resistencia a insectos o tolerancia a herbicidas o en algunos casos poseen ambas características. Sin embargo, hay 22 cultivos OGM diferentes que se comercializan en el mundo. Un ejemplo serían galletas que son fabricadas con harina de soya OGM. A la fecha no se ha demostrado ningún daño a la salud por el consumo de este tipo de alimentos.

En muchos procesos para producir alimentos, como en el caso del queso, se emplean enzimas que son producto de la tecnología del ADNr, pero estos productos no son denominados transgénicos.

1ERA GENERACIÓN

Biotecnología de “primera generación, tradicional, antigua, empírica o pre Pasteur “que cubre procesos como la elaboración de bebidas alcohólicas, vinagre, productos lácteos, alimentos


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fermentados tradicionales, etc. En general procesos desarrollados en épocas tan remotas que ni siquiera se tiene un registro histórico claro de su surgimiento y evolución temprana. En esa época, la biotecnología se refiere a las prácticas empíricas de selección de animales, plantas y sus cruzas, y a la fermentación como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteico de los alimentos. Este periodo se extiende hasta la segunda mitad del siglo XIX.

2DA GENERACIÓN

Biotecnología de “Segunda generación o industrial” es aquella que se desarrolla a partir de la segunda mitad del siglo XIX, con los conocimientos incipientes de la microbiología y la bioquímica, y que culmina con la consolidación de la ingeniería bioquímica. Para algunos autores este periodo se divide en dos etapas: correspondiente al desarrollo inicial de la microbiología y la bioquímica. (Etapa denominada “era de Pasteur” o segunda generación) y la segunda corresponde al surgimiento de la ingeniería bioquímica (“era de los antibióticos” o tercera generación) Una segunda etapa del desarrollo de la biotecnología se inicia con los trabajos de Louis Pasteur (1822-1895) en la identificación de los microorganismos causantes de la fermentación en la segunda mitad del siglo XIX, lo que contribuyó a impulsar la incorporación de la técnica de fermentación en algunas áreas industriales.

Otro investigador de esta etapa Robert koch (1843-1910) que también hizo importantes aportaciones a la bacteriología. La tercera época en la historia de la biotecnología se caracteriza por desarrollos en cierto sentido puestos, ya que por un lado la expansión vertiginosa de la industria petroquímica tiende a desplazar los procesos biotecnológicos de la fermentación, y por otro lado el descubrimiento de la penicilina por Fleming en el año 1928 sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos a partir de la década de los años cuarenta. Ingenio la obtención de productos de utilidad incuestionable, que continúan siendo indispensables para la vida de la humanidad, ejemplo de estos productos son: los antibióticos, las vacunas naturales, vitaminas, proteínas unicelulares, enzimas, polisacáridos, alcohol industrial, entre otros. Destaca el descubrimiento de la estructura helicoidal del ADN por Cricky Watson en 1953, seguido por los procesos que permiten la inmovilización de las enzimas, los primeros experimentos de ingeniería genética realizados por Cohen y Boyer en 1973 y la aplicación en 1975 de la técnica del hibridoma para la producción de anticuerpos monoclonales, gracias a los trabajos de Milstein y Kohler

3ERA GENERACIÓNEs la que se sirve de las técnicas de ADN recombinante para realizar la mejora de los seres vivos, con miras a su utilización. El impacto del ADN recombinante ha sido profundo. Se habla hoy, por tanto, de que nos encontramos en la era de la biotecnología. Se combinan las Ciencias de la Información con la Biología y surge la Bioinformática desarrollándose una nueva plataforma de trabajo en la búsqueda de nuevos productos, y donde la satisfacción del hombre sigue siendo el principal objetivo.

Como resultado de este desarrollo se acelera el descifrado de genoma completos de organismos, lo que unidos a la aplicación de la geonómica y la proteómica genera una enorme cantidad de datos que proporcionan la información de las bases moleculares de los fenómenos y el camino para el diseño racional de moléculas.

La terapia génica, los medicamentos dirigidos, la obtención de órganos y organismos productos de la clonación y otros productos altamente novedosos son representativos de esta época.

ETAPA QUESO CERVEZAPrimera generación

Uso empírico de bacterias lácticas.Uso empírico de quimosina

Uso empírico de levaduras.Proceso empírico de malteado.


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Segunda generación

Aislamiento y uso de bacterias lácticas.Extracción, purificación y caracterización de la quimosina.

Uso de cultivos de levaduras.Esclarecimiento de la naturaleza enzimática del malteado.Uso de papaína para la clarificación en frio.

Tercera generación

Propagación masiva de bacterias lácticas.Selección de cultivos lácticos mejorados.Sustitución de quimosina por proteasas microbianas producidas en gran escala.

Mejor control de la fermentación.Fermentación continua para la producción de cerveza.Producción y uso de amilasas microbianas para sacarificación y de b-glucanasas.Uso de enzimas para la producción de cervezas ligeras

Cuarta generación

Tecnología del ADN recombinante para la producción de quimosina y mejoramiento de bacterias lácticas.Utilización óptima de enzimas y microorganismos para la maduración acelerada y generación de sabores.

Ingeniería genética para la obtención de levaduras amilolíticas.Ingeniería genética y cultivo de tejidos para el mejoramiento de la cebada.Procesos con microorganismos y enzimas inmovilizadas.

FIBRA ÓPTICA

La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio flexibles o silicio fundido que conduce la luz. Se requieren dos filamentos para una comunicación bi-direccional: TX y RX.

El grosor del filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir, aproximadamente de 0,1 mm. En cada filamento de fibra óptica podemos apreciar 3 componentes:

La fuente de luz: LED o laser. el medio transmisor : fibra óptica. el detector de luz: fotodiodo.

La fibra óptica llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas)

sin interrupción. Convencionalmente, un pulso de luz indica un bit 1 y la ausencia de luz indica un bit 0. El detector genera un pulso eléctrico cuando la luz incide en él.

Las fibras ópticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre convencionales, tanto en pequeños ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento de datos de aviones), como en grandes redes geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas mantenidos por compañías telefónicas).

El concepto de las comunicaciones por ondas luminosas ha sido conocido por muchos años. sin embargo, no fue hasta mediados de los años setenta que se publicaron los resultados del trabajo teórico. éstos indicaban que era posible confiar un haz luminoso en una fibra


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transparente flexible y proveer así un análogo óptico de la señalización por alambres electrónicamente. el problema técnico que se había de resolver para el avance de la fibra óptica residía en las fibras mismas, que absorbían luz que dificultaba el proceso. para la comunicación práctica, la fibra óptica debe transmitir señales luminosas detectables por muchos kilómetros. el vidrio ordinario tiene un haz luminoso de pocos metros. se han desollado nuevos vidrios muy puros con transparencias mucho mayores que la del vidrio ordinario. estos vidrios empezaron a producirse a principios de los setenta. este gran avance dio ímpetu a la industria de fibras ópticas. se usaron láseres o diodos emisores de luz como fuente luminosa en los cables de fibras ópticas. ambos han de ser miniaturizados para componentes de sistemas fibro-ópticos, lo que ha exigido considerable labor de investigación y desarrollo. los láseres generan luz "coherente" intensa que permanece en un camino sumamente estrecho. los diodos emiten luz "incoherente" que ni es fuerte ni concentrada. lo que se debe usar depende de los requisitos técnicos para diseñar el circuito de fibras ópticas dado.

La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. con unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica.

los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. el núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz. consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico con diámetro de 50 a 125 micras. el revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo. el conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.


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El despliegue tiene en general tres tipos de trazado fundamentales: ruta carretera, vía

ferroviaria o líneas de alta tensión.

VENTAJAS :

� Insensibilidad a la interferencia electromagnética, como ocurre cuando un alambre telefónico pierde parte de su señal a otro.

� Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede ser perturbada.

� Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar sacudidas ni otros peligros. Son convenientes por lo tanto para trabajar en ambientes explosivos.

� Liviandad y reducido tamaño del cable capaz de llevar un gran número de señales.� Sin puesta a tierra de señales, como ocurre con alambres de cobre que quedan en

contacto con ambientes metálicos.� Compatibilidad con la tecnología digital.� Fácil de instalar.

DESVENTAJAS :

� El costo.� Fragilidad de las fibras.� Disponibilidad limitada de conectores.� Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo.

APLICACIONES COMERCIALES :

� Portadores comunes telefónicos y no telefónicos.� Televisión por cable.� Enlaces y bucles locales de estaciones terrestres.� Automatización industrial.� Controles de procesos.� Aplicaciones de computadora.� Aplicaciones militares.


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CONCLUSIONES:

� Los materiales descubiertos en los últimos tiempos revolucionan a pasos agigantados las distintas disciplinas científicas como también en lo cotidiano de nuestras vidas, en muchos casos no sabemos que instrumentos o elementos se utilizan para hacernos la vida más sencillas y más social, en algunos casos, utilizando mejor nuestro tiempo y nuestros recursos, logrando un desarrollo sostenible personal y a nivel poblacional.

� La investigación y lograr conocer las propiedades de nuevos materiales podrían lograr que el ser humano reconstruya lo que poco a poco destruimos a causa de la falta de reciclaje, ni de la utilización de materiales biodegradables, el capitalismo exagerado y desmedido que en otras épocas se ha llevado a cabo y el boom minero ilegal y no contralado a dañando sin medir consecuencias irreversibles nuestro único lugar seguro y necesario el planeta.

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