JOSE ROBERTO ALEGRIA COTO Dpto. de Desarrollo Científico y Tecnológico

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1 JOSE ROBERTO ALEGRIA COTO Dpto. de Desarrollo Científico y Tecnológico
(53) LA CONVERGENCIA NANOCIENTIFICA Y NANOTECNOLOGICA DE LA INVESTIGACION: OPORTUNIDAD PARA UNA NUEVA CURRICULA JOSE ROBERTO ALEGRIA COTO Dpto. de Desarrollo Científico y Tecnológico Aula a. Planta Edificio de Aulas Jueves 29 de Abril de 6:30 a 7:45 pm.

2 OBJETIVOS Estimular el interés sobre el impacto que tendrán las tecnologías convergentes en los próximos 10 años en la actividad humana. Plantear para todos los niveles educativos la necesidad de contar con una nueva currícula que se requiere para este siglo XXI.

3 CUANDO LO PEQUEÑO ES REALMENTE PEQUEÑO
UN GLÓBULO ROJO 10 Micrómetros = m 1 cien milésima de metro Ábaco molecular de 60 moléculas de Carbono ORILLA DE UN DIME 1 Milímetro = m 1 Milésima de metro OVOCITO HUMANO 100 Micrómetros = m 1 diez milésima de metro ÁTOMO DE HIDRÓGENO 1 Angstrom = m 1 billonésima de metro BUCKYBALL 1 Nanómetro = 10-9 m 1 mil millonésima de metro VIRUS 1OO Nanómetros = 10-7 m 1 diez millonésima de metro LÍNEAS CIRCUITO DE SHIP 1 Micrómetro = 10-6 m 1 millonésima de metro Modificado de: Lux Capital Group, BusinessWeek

4 NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: ¿QUÉ SON?
La nanociencia se dedica al estudio de las propiedades de los objetos y fenómenos a escala nanométrica (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro). La nanotecnología trata de la manipulación “controlada” y producción de objetos materiales, instrumentos, estructuras y sistemas a dicha escala. La nanociencia y la nanotecnología son ejemplo de (nano) tecnociencia. El término de “nanotecnología”, es más empleada que el de “nanociencia”. El ámbito de la escala de trabajo que abarca, usualmente va desde 1 a 100 nanómetros. La nanotecnología opera a nivel atómico y molecular, pero en principio nada impide que el nivel de operación descienda hasta las partículas subatómicas, los “ladrillos del universo”.

5 Se espera que en la primera década del siglo XXI, se
CONVERGENCIA NANO CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA Se espera que en la primera década del siglo XXI, se unifique la ciencia, basándose en la unidad de la naturaleza (materia) y se dé la integración de la tecnología en el nivel de la nanoescala (escala de 10-9 m o sea una mil millonésima de un metro) en una convergencia sinérgica de la Biotecnología, Tecnologías de la Información, Ciencias del Conocimiento, Nanotecnología. itri.loyola.edu/ConvergingTechnologies/

6 REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICA
Revolución Industrial 2a. Revolución Informática Crecimiento de las Innovaciones Textiles Ferrocarril Automovil Computadora Nanotecnología Fuente: Norman Poire Merrill Lynch Se predice que la Nanotecnología rivalizará con el impacto en el desarrollo producido por el automovil y la introducción de la computadora personal.

7 Gasto gubernamental 2002, en el Lejano Este
INICIATIVA DE NANOTECNOLOGÍA NACIONAL  Gasto gubernamental 2002, en el Lejano Este Japón $ 650 China $ 200 Taiwan $ 150 Corea Singapur $ 40 Todo el mundo $ 2.000 La Admon. Bush ha hecho de la Iniciativa de Nanotecnología Nacional (NNI) una alta prioridad, aumentó los fondos a $ 604 millones en 2002, un incremento del 43% comparado con los $ 442 millones previstos en 2001. CMP Científica, jul Sherwood Boehlert (Representante-NY), Comité de Ciencias del Senado, autorizó $ millones PARA LA nni. G. Bush firmó la ley en dic. de 2003, para impulsar la investigación en nanotecnología los próximos cuatro años. “Lo que he venido a entender es que en la ciencia y tecnología, pocas cosas actualmente, podrían ser más grandes que la nanotecnología – por su potencial para revolucionar la investigación científica e ingeniería, mejorando la salud y sosteniendo nuestra economía."

8 Actividad Nanotecnológica
SITUACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN PAÍSES EN VÍAS DE DESARROLLO Estado País Actividad Nanotecnológica Ejemplo Al frente de la carrera China Corea del Sur India Estrategia e iniciativa Nacional de Nanotecnología. Programa de fondos de gobierno para Nanotecnología Nacional. Patentes de nanotecnologías. Productos en el mercado o en desarrollo. Presencia de instituciones de investigación en nanotecnología. China: Centro Nacional para Nanociencia y Nanotecnología. Ensayos clínicos de andamios de hueso nanotecnológicos. Corea del Sur: Programa de Desarrollo de la Nanotecnología. Primer prototipo de despliegue de emisión de campo de nanotubos de carbono. India: Iniciativa de C&T en nanomateriales (NSTI). Comercialización de nanopartículas liberadoras de medicamentos. A media vía Tailandia Filipinas Sudafrica Brasil Chile Fondos de gobierno para el desarrollo de la nanotecnología. Algunas formas de soporte del gobierno (fondos de investigación). Limitada participación de la industria. Presencia de algunas instituciones de investigación. Tailandia: Centro de Nanociencia y Nanotecnología. Universidad de Mahidol. Filipinas: Proyecto optoelectónico. Universidad de Filipinas/INTEL. Sudafrica. Iniciativa de Nanotecnología (SANi). Brasil: Inst. de Nanociencia. Univ. Minas Gerais. Chile: Grupo de Nanotecnología. Universidad Pontificia Católica de Chile. En el inicio Argentina México Organización nanotecnología específica. Fondos no establecidos. Industrias no establecidas. Argentina: Grupo de Investigación de Nanociencia, Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro.

9 PRODUCTOS NANOTECNOLÓGICOS
Tinta; Protectores solares y cosméticos; Compases del estado sólido; Agente de unión dental; Parachoques en los automóviles; Cintas de la grabación magnéticas; Unidades de disco duro de la computadora; Convertidores catalíticos automovilísticos; Herramientas que cortan metal; Pelotas de tenis de largo duración; Raquetas de tenis más fuertes y ligeras, Vendajes para quemaduras y heridas; Vestidos y colchones resistentes a las manchas; Cubiertas protectoras que reducen la luz intensa en lentes y autos; Pinturas protectoras contra la corrosión, arañazos y radiación. Washington Post.Fuente: Iniciativa de Nanotecnología Nacional

10 MERCADO MUNDIAL DE UN TRILLON US $ DÓLARES
La NSF (2001), en Societal Implications of Nanoscience and Nanotechnology ( estima, que en 10 a 15 años, el mercado mundial de productos y servicios nanotecnológicos andará por el orden del trillón de dólares anuales. Manufactura, se estima que los procesos y materiales nanoestructurados incrementen su impacto en el mercado en cerca de 340 mil millones. Electrónica, la proyección es alrededor de los 300 mil millones para la industria de los semiconductores y la misma cantidad en venta global de circuitos integrados. Farmacéutica, cerca de la mitad de toda la producción puede depender de la Nanotecnología, superando los 180 mil millones. Plantas químicas, los catalizadores nanoestructurados con aplicaciones en el petróleo y en los procesos de la industria química se estima un impacto anual de 100 mil millones. Transportación, los nanomateriales y dispositivos nanoelectrónicos producirán vehículos ligeros, rápidos y seguros; y a un menor costo, más durables y confiables, carreteras, puentes, autopistas, cañerías y sistemas de rieles; en donde sólo los productos aeroespaciales tienen un mercado proyectado de cerca de 70 mil millones de dólares.

11 SUSTENTABILIDAD DEL MEDIO AMBIENTE
Puede mejorar la producción agrícola para una población incrementada, proveerá filtros y desalinización del agua más económicos, posibilitará fuentes de energía renovables, tal como la conversión altamente eficiente de la energía solar. En donde las proyecciones indican que avances en iluminación basados en nanotecnología tienen el potencial para reducir el consumo global de energía en más del 10 %, ahorrando 100 mil millones de dólares por año, con una correspondiente reducción de emisión de 200 millones de toneladas de carbón En el gráfico las esferas amarillas representan la función del thiol que tiene bastante alta afinidad por la adsorbción del mercurio (representado por las esferas azules). Nanotechweb.org/articles/news/3/4/6/1 (

12 APLICACIONES DE NANOTECNOLOGÍA:AHORA Y EN EL TIEMPO
Nano ahora Nano 2007 Nano 2012 Pigmentos en pintura Nano-bio materiales como órganos artificiales Nano-óptica, nanoelectrónica y fuentes de nanopoder Dispositivos basados en NEMS Interruptores más Rápidos y sensores ultrasensibles Pantallas flexibles de alto rendimiento Diseños funcionales de fluidos Biosensores, transductores y detectores Propelentes, boquillas y válvulas. Liberación de medicinas, separación biomagnética y curación de heridas Aditivos retardantes de la llama Fármacos y medicamentos Partículas en nanoescala y películas finas en dispositivos electrónicos Joyería, óptica y obleas semiconductoras pulidas Herramientas de corte y cubiertas resistentes al deterioro

13 UNA NUEVA CURRÍCULA PARA TODOS LOS NIVELES EDUCATIVOS
“Las Bases Moleculares del aprendizaje” están en el cerebro, por la formación de sinápsis y redes neuronales de conocimientos. El cerebro humano está conformado por tres cerebros (reptiliano, mamifero primitivo (límbico) y neocorteza), cada uno de ellos maneja diferentes inteligencias, que en su sinergia, marcan la individualidad de cada uno de nosotros para interactuar efectivamente con el entorno. Aprendemos lo que nos interesa, o sea cuando el cerebro (a través del hipocampo) escoge información que será guardada en memoria de largo plazo. Evento relacionado con la propia capacidad intelectual (inteligencias).

14 UNA NUEVA CURRÍCULA PARA TODOS LOS NIVELES EDUCATIVOS
Esto implica que es necesario evaluar a profundidad las políticas educativas nacionales, desde las que inciden en la educación que se recibe en el hogar en los primeros años de vida, y la educación formal en todos sus niveles (inicial, medio y superior); para reforzar la adquisición de destrezas técnicas, contextuales, administrativas, de liderazgo y trabajo en equipo, y las esenciales para la interacción efectiva con el entorno, pero principalmente estimular la creatividad individual (imaginación natural de la niñez) y el espíritu crítico, que son fundamentales para desarrollar ciencia y tecnología y para la inserción exitosa como ente social productivo.

15 UNA NUEVA CURRÍCULA PARA TODOS LOS NIVELES EDUCATIVOS
Una estrategia para fomentar la creatividad individual, puede ser el establecimiento en el Sistema Educativo Formal con un entorno apropiado para la “realización de actividades diferenciadoras” (deporte, arte, ciencias, matemática, literatura, modelaje de aparatos, historia, etc.) y un porcentaje sustantivo de tiempo del estudiante para hacerlas. Esto podría consistir de un 40 % del Programa Educativo en cada nivel educativo para proporcionar ese nuevo entorno y el 60 % del tiempo de enseñanza aprendizaje para el desarrollo de los estándares de las áreas de conocimientos tradicionales.

16 PENSAR DIFERENTE: NANO PIONERO
Richard Feynman Foto de Archivo del Instituto de Tecnología de California. “¿Qué pasaría si nosotros pudiéramos arreglar los átomos uno por uno de la manera en que nosotros los queremos?” Richard P. Feynman en: (1960) “En el cuarto hay fondo suficiente” Richard P. Feynman Premio Nobel en Física (1965) por su trabajo fundamental en electrodinámica cuántica, contribución de profundas consecuencias para la física de partículas elementales.

17 HERRAMIENTAS PARA VER Y MANIPULAR LOS INGENIOS NANOTECNOLÓGICOS
Ilustración esquemática de un Microscópio de Barrido de Tunel (STM) Microscópio de Barrido de Tunel (STM) es una técnica microscópica que permite la investigación de superficies conductoras de electricidad abajo de la escala atómica. Microscópio de Fuerza Atomica (AFM), es particularmente útil para ver muestras biológicas. Los STM y los AFM son llamados colectivamente como Microscopios Sondas de Barrido pueden mover átomos, y son dispositivos no mayores que un mouse que se enchufa a un puerto USB de una computadora. Microscopios Sondas de Barrido son una familia de instrumentos usados para medir propiedades de superficies.

18 LA INSTRUMENTACIÓN MINIATURIZADA Y ECONÓMICA, IMPULSA EL CAMPO
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ) LA INSTRUMENTACIÓN MINIATURIZADA Y ECONÓMICA, IMPULSA EL CAMPO Están ahora disponibles: Los STM y AFM portatiles con alta capacidad de definición y de “barrido fácil” y Relativamente muy económicos (≈ $ dólares)

19 MICROSCOPÍA DE BARRIDO DE TUNEL (STM) -1981
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ) MICROSCOPÍA DE BARRIDO DE TUNEL (STM) -1981 DINÁMICA DE MOLÉCULAS ÚNICAS Dependiendo de los contactos con sus vecinos, la imagen de la hexa-t-butildecaciclina tiene una resolución atómica o de un giro rápido

20 MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM) EN
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ) MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM) EN NANOTUBOS DE CARBONO (SWCNS) Nanotubo de carbono cayendo sobre la superficie de cuatro contactos de oro Nanotubo de Carbono adherido a la punta de un cantilever de AFM nano1server.ifi.uniba.ch/nccr/media

21 CANTILEVER EN MICROSCOPÍA
Puntas de Silicio convencional o tungsteno se inclinan rápidamente hacia afuera. La punta del cantilever (CNT) es robusta, y de resolución asombrosa. La Microscopía de Fuerza Atómica (AFP) es una técnica poderosa para imágenes, nanomanipulación, como plataforma para sensores de trabajo, nanolitografía... CANTILEVER EN MICROSCOPÍA

22 EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO®
Microscopio de Sonda de Barrido (SPM): Detalles de la plataforma de construcción PRINCIPIO GENERAL DE LA MICROSCOPÍA DE FUERZA: Las fuerzas entre la superficie y la punta del cantilever lo inclinan causando que la punta sea desviada hacia arriba y hacia abajo. La desviación del cantilever cambia la posición de haz de láser que se refleja fuera de la punta del cantilever hacia una serie de fototodiodos. El movimiento del haz se rastrea por los fotodiodos y se usa para calcular la desviación del cantilever. Interacción entre la punta y la superficie Fuente del laser Serie de Fotodiodos superficie mrsec.wisc.edu/edtcLEGO/PDF files/2-1app.PDF

23 EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO®
Microscopio de Fuerza Atómica (AFM): Construcción de un cantilever Detalles de la plataforma de construcción Modelo completado Montaje de la fuente de luz mrsec.wisc.edu/edtcLEGO/PDF files/2-1app.PDF

24 Proyecto educativo “NanoKids”
Dr. James Tour, Professor of Chemistry en Rice University. El concepto visual de los “NanoKids” usa formas universalmente reconocidas que exhiben características humanas para incrementar el conocimiento del público acerca del mundo nanométrico, de las investigaciones y tecnologías moleculares que se expanden rápidamente en el mundo, busca: Instruir, motivar y entretener; Incrementar comprensión de la materia al nivel molecular del estudiante de Química, Física, Biología y de ciencia; Proveer a los maestros con material didáctico para la enseñanza-aprendizaje sobre la nanotecnología; Demostrar que el arte y la ciencia se pueden combinar para facilitar el aprendizaje de los estudiantes con distintos estilos e intereses; Generar interés en la nanotecnología para promover la participación y financiamiento de investigaciones en esta área.

25 Sistemas de Nano estructurass
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ) Cluster competitivos de Nanotecnología en Suiza Universidad de EMPA CSEM PSI Geneva Fribourg Basel Neuchâtel EPFL ETHZ Sistemas Nano orgánicos Partículas de Cerámica Compuestos de recubrimiento partículas materiales Puntas y herramientas replicación Superficies Nanotubos fabricación óptica Analítica sensores Biosensores Sondas Dispositivos electrónicos Sistemas de Nano estructurass Nanoestructuras/ Nanoreplicación Nanofábricas nano- manipulación Puntas y herramientas Puntas y Sondas Nanocompuestos de Sensores Artificiales NMR/NMI/ Campos magnéticos Nanoestructuras Programa Top Nano 21

26 GRADOS EN NANOTECNOLOGÍA
En conjunto con la Universidad de Pennsylvania, un Associate Degree in Nanotechnology es ahora ofrecido en la comunidad de colegios en Pennsylvania.  Dakota County Technical College (Rosemount, Minn.) en conjunto con la Universidad de Minnesota, Asociadas en Grado de Ciencia Aplicada en Nanociencia y Tecnología. Rice University ofrece la Maestría Profesional de Ciencia en Física de la Nanoescala. University of Albany, la Escuela de Nanociencia y de Nanoingeniería, ofrecen Ph.D. and M.S. University of Washington, ofrece Ph.D. en Nanotecnología.

27 EJEMPLOS DE PROGRAMAS Y CURSOS
• Clemson University, Scanning Probes and Nanostructure Characterization and Nano-scale Physics (D. Correll) • Clarkson University,Colloid Chemical Approach to Construction of Nanoparticles and Nanostructured Materials (J.N. Fendler) • Kansas State University, Visual Quantum Mechanics • Penn State University, Nanofabrication Facility, Capstone Course on Nanotechnology", for two-year colleges (S.J. Fonash) • Purdue University, Nanoscale Science and Engineering ( R. Reinfenberger) • Rensselaer Polytechnic Institute, Nanostructured Materials, (R. Siegel) • Rice University, Introduction to Nanoscience, (V. Colvin) • University of Arkansas in partnership with the Universities of Oklahoma and Nebraska, Nanomanufacturing Processes, (A.P. Malshe) • University of California-Berkeley, Introduction to Micro and Nanobiotechnology: BioMEMS -- Bioengineering and Solution Processing of Materials, Devices, and Nanostructures -- Materials Science • Univerisity of California-LA , Mathematics in Nanoscale Science and Engineering, Institute of Pure and Applied Mathematics • University of Delaware, Nanotechnology (J. Kolodzey) • University of Florida, Nanocomputing (J. Fortes) • University of Notre Dame, Advanced Quantum Devices, (EE 666) • Univeristy of Southern California, Nanorobotics (A. Requicha) • University of Washington, and Pacific Northwest National Laboratory, the Joint Institute for Nanoscience and Nanotechnology, Intensive Courses in Nanoscience and Nanotechnology • University of Wisconsin, Madison, New Technologies, (R. Hamers) • Virginia Commonwealth University, Nanotechnology, (M. El-Shall) • Yale University, Nanoparticles Processes, (D. Rosner)

28 Desarrollo para encontrar sus nichos productivos.
OPORTUNIDAD PARA EL DESARROLLO En la historia, cada vez que se produjeron cambios drásticos de paradigmas, los modos antiguos de producción se volvieron obsoletos. La Nanotecnología puede constituir una gran oportunidad de los Países en vías de Desarrollo para encontrar sus nichos productivos.

29 Pensando en la NANOTECNOLOGÍA
“Hay que tener siempre presente, que el recurso humano calificado en el conocimiento del estado del arte, no se crea con buenas intenciones, sino que mediante el establecimiento de un entorno apropiado de investigación y desarrollo, que aproveche los conocimientos y la creatividad individual”.

30 PENSANDO CON VISIÓN DE FÚTURO
De acuerdo con la percepción particular de la realidad y de la visión de fúturo: ¿Sería consecuente revisar el Sistema Educativo Nacional y hacer cambios profundos para promover el salvadoreño, CREATIVO y CRÍTICO de su entorno, con la capacidad de utilizar la ciencia y la tecnología en la resolución de la problemática del desarrollo nacional? ¿Puede ser factible que se empiece hacer nanotecnología habiendo interés, facilidades y una visión de proceso? ¿Qué decisiones se deberían tomar en el país, para prepararnos a enfrentar este siglo XXI y sacarle provecho a la nanoescala?

31 ¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
¿PREGUNTAS, APORTES, COMENTARIOS, REFLEXIÓN? Atentamente JOSÉ ROBERTO ALEGRÍA COTO