Facultad de Ingeniería Escuela de Ing. Eléctrica- Escuela de TC Nanotecnología y el entorno físico José R. Fermin jfermin70@gmail.com Diciembre 2023 1 2 La unidad fundamental: El NANO-metro 1 nm = 10-9 m 1 nm = 10 Å = 10-9 m 1 nm = 0.001 µ 1 Å=10-10 m e1 nm Cabello humano Atomo de Hidrógeno 3 PUNTOS DE INFLEXIÓN 1959: Richard Feynmann, en una conferencia sobre el futuro de la tecnología: “…los principios de la Física no impiden la posibilidad de manipular la materia átomo por átomo… “ 4 1985: El químico inglés Harry Kroto y su Grupo, descubren el fulereno Molécula compleja de C60, en forma de una esfera hueca con los átomos de carbono formando vértices (12 pentágonos y 20 hexágonos), con diámetro de algunos nm s. Geométricamente es la molécula con mayor simetría que se conoce en la naturaleza. El C60 es el componente básico del hollín. Kroto recibe Premio Novel de Química en 1986 5 1991: El Físico japonés S. Ijima publica sobre la síntesis de estructuras tubulares basadas en la molécula C60 (Nature 354, 56 (1991)) …nace el nanotubo… 6 2004: Los físicos rusos Andrey Geim y Oleg Novoselov aíslan moléculas de GRAFENO (carbono puro) a temperatura ambiente. Reciben Nobel de Física en 2010 Grafeno grafito …una lámina de Grafeno de 1 nm, es 100 X más resistente que el acero, y tiene propiedades eléctricas más robustas que el silicio… 7 15 nm Intel’s transistors 8 9 Nanotecnología ⇒ Miniaturización Movimiento Browniano 10 … Sin embargo, una vez controladas esta propiedades… 11 … ¿ te imaginas?… multiplicar tu capacidad disminuyendo el tamaño 1000 litros 1000 litros 1000 litros 1000 litros 1000 litros 12 … menos volumen, más superficie efectiva … Maracaibo 1393 Km2 13 Nanoestructuras típicas artificiales (2) Nano-hilos (1) Nano-tubos (3) Nano-barras 14 (4) Nano-capas (5) Nano-partículas (6) Nano-poros (vidrios:SiO2) 15 Miniaturización en el mundo natural 16 La BIBLIA del mundo biológico se escribe en NANO-letras Longitud de la cadena 60-100 nm Humano ∼ 2 m Bacteria ∼ 2 mm COVID ∼ 2 µm Genoma humano 23 pares de cromosomas/cel COVID-SARS 3200 M de pares/cadena Equivalente a un DD de 3.2 Gb ⇒ !!! 400 letras/cel ¡¡¡ 17 Nano-mundo biológico Microscopía electrónica de una célula vegetal: Arreglo de moléculas de glucosa dispuestas de manera lineal, paralelas entre sí. Se unen por puentes hidrógeno formando micro-fibrillas, de 10 a 25 nm de espesor. 18 La división celular: la vida pendiendo de unnano-hilo Durante la división celular las dos células hijas quedan unidas por la laminilla media, a partir de la cual se forma la pared primaria, de algunas décimas de nm. 19 Nano-partículas biológicas La actividad industrial + la actividad natural ha transformado el ecosistema en un nano-mundo. Interaccionamos seg-seg con un flujo aleatorio de nanopartículas 20 …y como consecuencia … 21 … inhalamos Fulerenos todos los días … 22 Anti-parásitos hogar cosméticos 23 … iPod, iPhone, pendrive… Pantalla de partículas de 100 nm Cabezal de grabación/lectura de 60 nm 24 Industria textil (Nano-tex): protección y durabilidad Fibras de nanotubos: Life-warranty Water-proof 25 Usos militares Industria del transporte 26 Cultivo de células humanas Substrato con células madre humanas Reconstrucción superficial Tejido humano 27 El bio-Si Pinnularia sp. 28 Biomineralización de nanopartículas gnó Bacterias magnetotácticas: Magnetospirillum Aquaspirillum E. coli Staphylococus aureus 50 - 150 nm 29 Aplicaciones: MRI, diagnóstico y tratamiento de cáncer El material de contraste que se usa para un examen de MRI se llama gadolinio. Gd puede producir alergias y otros trastornos en el paciente. Permanece en el cuerpo mucho tiempo. 30 Diagnóstico MRI con nanopartículas magnéticas (sin Gd) 25 mg/ml Partículas biomineralizadas/acido cítrico Fe3O4 31 Tratamiento de cáncer con nanopartículas (Transfección) Carcinoma de útero Riñon Ovario Melanoma Gliobastoma cerebral Leucemia AfinidadADN-Ferrita 32 ANEXOS 33 Predicciones… 34 El futuro de la nanotecnología 35 Nanochips/Puntos cuánticos Computación cuántica (QC )/ + Inteligencia Artificial (AI)/ = Robótica cuántica (QR) ~50 nm Nano-puntos 36 El BIT y el Q-BIT 37 Estructura de un chip cuántico actual IBM:50 qb Goggle: 75 qb El chip tiene varios puntos cuánticos con cierto número de átomos (P, Si, C) cada uno. 38 39 www.iop.org/journals/physed 40 41