Nanotecnología y sus aplicaciones en Rice Erin Beisner, Erica Hughley, Diana Lee, JD Leonard, Joey Mello Span 314 Nuestra presentación es sobre la nanotecnologia. Enfocamos específicamente en la nanotecnologia en la universidad de Rice. Por ejemplo, vamos a discutir algunos de los científicos de Rice que descubrieron nuevos datos o aplicaciones potenciales de la nanotecnologia.

¿Que es la nanotecnología? La fabricación de materiales en una escala atómica Cualquier nano-estructura necesita ser artificial Propiedades particulares porque está en escala nanométrica Propiedad catalítica Punto de fusión Propiedad magnética Propiedad óptica La comparación de una red de nanotubos de carbono con un fragmento de pelo humano. Primero, voy a empezar con una introducción de la nanotecnologia. Simplemente, la palabra ‘nano’ significa una mil millonésima parte. Entonces, es una medida muy pequeñísima. Un nanómetro es el tamaño de una molécula. Típicamente, los objetos de nanoescala son menos de 100 nanómetros. Un ejemplo del tamaño pequeño esta en esta foto. Se dice que un fragmento de pelo es cerca de 10,000 (diez mil) nanómetros. Aquí, podemos comparar el ancho de pelo con un red de nanotubos y podemos ver una diferencia significativa. Además, los científicos necesitan instrumentos muy especializados para ver las nano-partículas como los microscopios electrónicos. Entonces, la definición de la nanotecnología es la ciencia de construir materiales de nanoescala. La fabricación de las nano partículas necesita ser artificial porque si no, muchas de las partículas en la naturaleza también se pueden clasificar como parte de la nanotecnología. A causa del tamaño pequeño, las propiedades físicas cambian en maneras muy únicas. Aquí es una lista de algunas de las propiedades que cambian a causa de la nanoescala. Por ejemplo, el oro en la nanoescala esta en una forma liquida en temperatura ambiente en vez de ser solido. http://www.nanowerk.com/nanotechnology/introduction/introduction_to_nanotechnology_1.html 2

Datos importantes 1931: El primer microscopio electrónico 1947: La invención del transistor 1958: El fenómeno del efecto túnel 1959: El discurso de Richard Feynman 1970: El programa de Gaussian 1974: La frase de nanotecnología 1985: El descubrimiento de C60 fulereno 1991: El descubrimiento de los nanotubos Una imagen del C60 fulereno. Esta diapositiva enumera algunas de los datos mas importantes en la historia de la nanotecnologia. Vidriera de colores en las ventanas de las iglesias. En mil novecientos ochenta y uno, crearon el primer microscopio electrónico y desde entonces, ha producido mas y mas microscopios avanzados. La invención del transistor era importante porque tuve implicaciones grandes por los semiconductores y la informática. El efecto túnel era un descubrimiento importante porque refutó una teoría clásica que los electrones no pueden pasar a través a las barreras en ciertos semiconductores. Richard Feynman era un hombre importante en la nanotecnologia porque el era la primera persona de sugerir la potencial de la nanotecnologia. Algunos anos después, crearon un programa informático que puede calcular las formulas matemáticas que describen las propiedades de una molécula. Sin embargo, aunque habían muchos avances, mil novecientos setenta y cuatro era el primer ano que refiere a este campo como nanotecnologia. Mil novecientos ochenta y cinco era importante por Rice porque dos científicos, los profesores Smalley y Curl descubrieron el C sesenta fulereno. Ganaron un Premio Nobel en la química en 1996. Aquí es una foto y podemos ver que este fulereno tiene una forma como un balón de futbol. Algunos anos después, científicos en Japón descubrieron los nanotubos que son como hojas enrolladas. http://www.nanotech-now.com/images/buckyball2-large.gif 3

El propósito y los métodos La meta: Identificar y usar los cambios químicos y físicos que ocurren en la nanoescala para construir estructuras muy miniaturizadas y desarrollar nuevas tecnologías. Métodos 1.) Enfoque hacia abajo 2.) Enfoque hacia arriba He mencionado que en la nanoescala, algunos cambios únicos ocurren. Estos cambios son una de las razones por el potencial de la nanotecnologia. El propósito de la nanotecnologia es explotar estos cambios con la combinación de las nano-partículas en estructuras pequeñas. Los científicos esperan que puedan desarrollar nuevas tecnologías. Hay dos métodos – el enfoque hacia abajo y hacia arriba. El método hacia abajo significa que los científicos empiezan con algún tipo de material y lo modifican con procesos mecánicos o químicos. Esto método es mas tradicional. El método hacia arriba significa que los científicos construyen sistemas mas complejos con moléculas. https://publicaffairs.llnl.gov/news/news_releases/2006/images/membrane409x299s.jpg

Los nanotubos de carbono http://www2.cnrs.fr/sites/en/image/nanotube_hd.jpg

Una descripción Son una alotropía cilíndrica del carbono Sus diámetros son del orden del nanómetro La longitud puede ser hasta 28 millones veces más larga que el diámetro Alotropias son estucturas diferents de elementos puros. Alotopias tienen carateristicas differentes. Aun entre los nanotubos hay muchas varaiciones del geometria exacta de los nanotubos. El termino “nanotubo” realmente incluye un gama de tamanos de nanotubos con una propiedad comun: el diamtero http://spie.org/Images/Graphics/Newsroom/Imported/0806/0806_fig1.jpg

Sus propiedades Tienen una alta resistencia a la tracción Son muchos más fuertes que el acero Hay casi cero fricción en las paredes internas Son conductos excelentes de la electricidad y del calor Unos científicos temen que causen el cáncer La resistencia alta solo aplica a fuerzas en la dirección del eje. Se doblan y se rompen fácilmente si experimentan una fuerza en la dirección ecuatorial. Como ya mencione, solo pueden formar en geometrias especificas y son muy ordenados. Como resultado, no hay friccion…suave… Son conductores…1000 veces mejor que el cubre. Ademas, algunas configuraciones son semiconductores como el silicio…posibilidad de servir en los chips en los aparatos electricos

La fabricación por la “ablación láser” Una tecnología desarrollada en Rice Un láser vaporiza el carbono de un bloque de grafito que está en una cámara llena de un gas inerte y calentado Cuando el vapor se condensa en una superficie fría, forma los nanotubos Se puede ordenarlos por el diámetro El método original de fabricar los nanotubos implica arcos de electricidad entre un ánodo y cátodo, pero un procedimiento nueve ha sido desarrollado aquí en Rice. Se llama…Despues, cuando hay una mezcla desordenada de nanotubos juntos, otra tecnología de rice puede separarlos. Utiliza diferencias pequeñas en las características electricas, que dependen en el diametro del nanotubo. http://www.ehu.es/SGIker/es/analisis/alava/imagenes/foto_ICP-MS.JPG

Los cepillos de contacto Diámetro de 30mm Millones de nanotubos forman un cubo minúsculo Flexibilidad fenomenal permite contacto casi perfecto entre un brazo estacionario y las partes móviles Reduce la resistencia a una décima parte de la de un cepillo de cobre http://www.media.rice.edu/media/NewsBot.asp?MODE=VIEW&ID=12257

El metamaterial http://www.media.rice.edu/media/NewsBot.asp?MODE=VIEW&ID=12272

¿Qué es el metamaterial? Obtiene sus propiedades de su estructura Efectos físicos dramáticos debido a su interacción con la luz http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2003/images/5620wilson-f4.jpg

El metamaterial en Rice Naomi Halas y Nikolay Mirin Un proceso de 3 pasos Su metamaterial captura la luz que viene de cualquiera dirección y la emite en una dirección El resultado: un material transparente http://www.media.rice.edu/media/NewsBot.asp?MODE=VIEW&ID=12272

Las “nano-tazas” Las primeras nanoantenas 3D Dirigen la luz por los plasmones http://www-ipcms.u-strasbg.fr/IMG/gif_plasmon.gif http://isiria.files.wordpress.com/2009/03/gwh-nanocups.jpg

¿Por qué es tan emocionante? Antes de Mirin, nadie podía mantener las “nano-tazas” individuales en la misma orientación Muchas aplicaciones posibles …

Las posibilidades del futuro… La energía solar termoeléctrica Capas invisibles Súperlentes http://static.howstuffworks.com/gif/thin-film-solar-cells-4.jpg http://cns.utexas.edu/communications/Image/2006/09/lensdiagram.jpg http://blatantbibliophiles.files.wordpress.com/2008/08/harry-potter-invisibility-cloak1.jpg

Los nanocars http://www.jmtour.com/images/Nanocars/Fig2b300dpi.jpg

Los nanocars en Rice El primer fue descubierto en Rice en 2005 por el grupo del profesor James Tour http://www.jmtour.com/images/TourPhotos/TourinLab004.jpg http://www.jmtour.com/images/TourPhotos/JimTour06001.jpg

¿Qué es un nanocar? Una estructura molecular Compuesto de un chasis y un sistema de eje cuatro moléculas de Buckminsterfulereno enlaces covalentes entre las moléculas http://www.jmtour.com/images/Nanocars/NanocarwithshadowandNOtriangle.bmp http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Fullerene-C60.png

¿Cómo se mueven los nanocars? Las moléculas se unen a una superficie de oro No tienen un motor Se mueven delante y atrás en una superficie calentada a una temperatura elevada http://www.jmtour.com/images/Nanocar/NanoCarNOtriangle600dpi.jpg

El futuro de los nanocars No hay aplicaciones inmediatas Un motor molecular Una hélice molecular Más movimiento deliberado a nivel molecular http://www.mererhetoric.com/images/ownpower.jpg http://www.daviddarling.info/images/nano-propeller.jpg

La nanotecnología y la posibilidad de curar los tumores www.chem.utoronto.ca/staff/DHIRANI/stm-np.jpg

Los investigadores principales http://blog.kir.com/archives/richard%20smalley.jpg Dr. Richard Smalley Nobel Laureate Profesor de química Rice University 1976-2005 Steven Curley, M.D. http://www.rfnanocancer.com/bios.php Dr. Paul Cherukuri Profesor adjunto de química Ph.D. Química (2007) Rice University www.rice.edu1

¿Cómo funciona? El inventor: John Kanzius www.discovermagazine.com El inventor: John Kanzius La invención: La máquina Kanzius ¿Qué hace?: Las ondas de radio calientan partículas metálicas La aplicación biológica: La temperatura alta mata a las células que incorporan las partículas metálicas http://www.rfnanocancer.com/

Las partículas metálicas Se atan a los tumores Pero también pueden pegarse a células sanas Los investigadores tienen que atar anticuerpos específicos a las nanopartículas para combatir los tumores en el cuerpo http://www.gatech.edu/upload/pr/tls03133.jpg

El proceso de combatir los tumores Inyecte a la persona con las nanopartículas de oro Las nanopartículas se incorporan en los glóbulos rojos Los glóbulos rojos distribuyen las nanopartículas a los tumores Los anticuerpos de las nanopartículas atan a las células cancerosas Use la maquina Kanzius para calentar las nanopartículas Las células cancerosas se mueren http://thefootblog.files.wordpress.com/2006/11/bloodinj.jpg http://tbn3.google.com/images?q=tbn:UP_fxmIQfl-SdM:http://repairstemcell.files.wordpress.com/2009/02/red-blood-cells1.jpg www.sciencedaily.com http://www.rfnanocancer.com/ http://www.gatech.edu/upload/pr/tir83045.jpg

El estado de los estudios y otras aplicaciones Actualmente: Solamente se usa el método en los ratones Hay una reunión dentro de poco entre los investigadores y la Administración de las Comidas y Drogas Los experimentos con los ratones han sido muy prometidos Muy pronto, (posiblemente en un año) los investigadores podrán hacer los experimentos con humanos Otras aplicaciones: Es posible que los investigadores puedan enterarse de como combatir los cánceres que no tienen tumores como la leucemia http://farm1.static.flickr.com/152/379419404_c64aabbb6e.jpg http://kanziuscancerresearch.com/drstevencurleywinter20082009update-p-151.html

Conclusión La nanotecnología tiene grandes implicaciones por los avances en la medicina, la informática, y más campos Muchos riesgos desconocidos Medio ambiente La salud de personas La salud de los animales usados en los experimentos En esta presentación, hemos visto que la nanotecnología es una rama de ciencia muy emocionante. Tiene mucha potencial de curar y resolver los problemas en el mundo y va a afectar la informática, la ciencia, y muchos mas campos. Rice tiene un departamento muy involucrado en la nanotecnologia y es como uno de los lideres en este campo. Sin embargo, la nanotecnología usa tecnología que ahora no esta muy conocida y entonces, hay posibles riesgos. Por ejemplo, los nano-contaminantes pueden dañar a la salud de los humanos, los animales usados en los experimentos, y al medio ambiente. Necesitamos considerar todas las posibilidades y implicaciones de la nanotecnología. En conclusión, la nanotecnología puede ser muy beneficiosa y entonces, necesitamos mas investigaciones y estudios en las aplicaciones potenciales. Sin embargo, no debemos olvidar de los posibles riesgos. http://www.sfgate.com/c/pictures/2005/07/11/bu_solarcell8865.jpg http://www.popcitymedia.com/galleries/Default/Features/Issue%2060/Nanotechnology/nanolambda_chip_450.jpg http://nanomedicinetoday.files.wordpress.com/2009/03/two-a1.jpg

Referencias http://www.discovernano.northwestern.edu/index_html http://www.futureforall.org/nanotechnology/risks.htm http://www.nanowerk.com/nanotechnology/introduction/introduction_to_nanotechnology_1.html“Nanocups Brim with Potential” http://www.media.rice.edu/media/NewsBot.asp?MODE=VIEW&ID=12297&SnID=509883255 http://cnx.org/content/m14511 http://python.rice.edu/~kolomeisky/nanocar.htm http://en.wikipedia.org/wiki/Nanocar http://es.wikipedia.org/wiki/Fulereno http://www.rice.edu/nationalmedia/news2009-02-02-nanocar.shtmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube http://es.wikipedia.org/wiki/Nanotubo http://www.media.rice.edu/media/NewsBot.asp?MODE=VIEW&ID=8662&SnID=740543782 http://www.media.rice.edu/media/NewsBot.asp?MODE=VIEW&ID=12257&SnID=740543782 “Nanocups Brim with Potential” Wikipedia: Nanoantenna http://en.wikipedia.org/wiki/Nanoantenna Nanotechnology Now http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=32462 Imagenes http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2003/images/5620wilson-f4.jpg http://www.media.rice.edu/images/media/2009RiceNews/0313_NANOCUPS.jpg http://www-ipcms.u-strasbg.fr/IMG/gif_plasmon.gif http://www.nanovida.com/images/nano-cups.jpg