NANOCIENCIA

Por definición la Nanociencia es la parte de la Ciencia (Física, Química o Biología) que se encarga de estudiar los fenómenos naturales que suceden a escala nanométrica

Y qué significa escala nanométrica, muy sencillo, todo aquello que se puede medir en nanometros; un nanometro es la millonésima parte del milímetro, es decir:

1metro (m) = 103milímetros (1.000 mm) = 10micrometros o micras (1.000.000 μm) = 10nanometros (1.000.000.000 nm)

1nm =10-9m (0,000000001 m)

Para que os hagáis una idea una niña de cinco años puede medir un metro de altura, la línea con la que escribimos con lápiz en el papel mide un milímetro de grosor, un glóbulo rojo tiene unos seis u ocho micrómetros de diámetro y una molécula de hemoglobina unos diez nanometros. Los átomos son todavía más pequeños y se miden en Amstrongs (Å)

1Å = 10-10m (0,0000000001 m)

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Escala comparativa de las longitudes características entre el metro y 0,1 nanómetros. (gaiaciencia.com)

¿Para qué sirve estudiar cosas tan pequeñas que ni siquiera podemos ver?

Hay muchas respuestas a esta pregunta, la más evidente es para conocer de qué está formada la materia de los seres vivos y de el ambiente en el que viven. Toda la materia está formada por átomos que se agrupan para dar lugar a moléculas que forman los distintos sistemas materiales en la naturaleza. Estas moléculas forman parte del aire, del agua de los océanos y de los glaciares, de las rocas, de todos los productos manufacturados que fabrica el ser humano, de todos los seres vivos, de los alimentos…

En los seres humanos las moléculas se organizan en estructuras celulares microscópicas llamadas orgánulos que se agrupan para formar células. Éstas a su vez se unen para formar tejidos, que forman órganos que forman todos los aparatos y sistemas de los que estamos hechos. Así que comprender cómo somos hasta las moléculas y los átomos más pequeños de los que estamos hechos nos ha permitido conocer, por ejemplo, la causa de muchas enfermedades y sus tratamientos

Con respecto a la tecnología todos nos hemos beneficiado de los avances en las TIC que han ido reduciendo el tamaño y grosor de nuestros dispositivos electrónicos.

El primer ordenador Macintosh, lanzado en 1984 (wikipedia)
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Chromebook (wikipedia)

La Nanotecnología pretende revolucionar de nuevo no sólo el mercado de nuestros dispositivos, sino además crear nuevos materiales “inteligentes” o producir fármacos específicos y con menos efectos secundarios. Su objetivo es manipular la materia a escala molecular, en la que las leyes clásicas de la física y de la química que estamos acostumbrados a dominar a escala macro y microscópica, se ven alteradas por los efectos cuánticos que se producen a esta escala nanométrica. Así mover átomos o moléculas no es tan sencillo como mover una célula en un portaobjetos. Pero ya se pueden mover de forma dirigida átomos como podéis observar en el siguiente vídeo

Los científicos de IBM han hecho en este vídeo la película más pequeña del mundo en la que los actores son los átomos y en la que el premio no será un Óscar, sino que fue un premio Nobel, se titula: Un niño y su átomo

Se ha hecho utilizando un supermicroscopio, que pesa dos toneladas y opera a una temperatura de -268 ºC y que amplia los objetos colocados en una placa 100 millones de veces. Así se pueden fotografiar átomos aislados que se han manipulado fotograma a fotograma. Los átomos se mueven mediante una aguja muy fina en una superficie de cobre que atrae o repele a los átomos hacia una ubicación específica. Cada uno de sus fotogramas mide tan solo 45X25 nanometros

Parece un juego pero no lo es, ya que este tipo de tecnología permitirá mejorar los sistemas de almacenamiento de datos: la futura computación cuántica

Con respecto a los nuevos materiales seguro que todos habéis oído hablar del grafeno, esa sustancia formada por átomos de Carbono unidos entre sí formando láminas, de manera muy similar a como se unen para formar el grafito (un mineral exfoliable de color negro que empleamos para hacer la mina de los lápices), la diferencia es que una lámina de un átomo de espesor de grafeno es mucho más resistente que el acero (unas doscientas veces más resistente) y es muy poco denso (similar a la fibra de carbono). De hecho el grafito no es más que láminas superpuestas de grafeno que se mantienen unidas por enlaces débiles. En teoría podríamos fabricar grafeno casero si pintamos en un papel con un lápiz y con un trozo de celo intentamos despegar una fina capa de grafito. El grafeno además es flexible, transparente y tiene una buena conductividad térmica y eléctrica, además es capaz de generar electricidad al ser alcanzado por la luz. Todas estas propiedades son ideales para usar el grafeno en circuitos integrados, para generar materiales tecnológicos como los nanotubos de carbono que suponen un gran avance en los dispositivos electrónicos al aumentar la velocidad de las transmisiones, para fabricar pantallas táctiles flexibles, etc. Su principal problema es la producción que es muy limitada para obtener grandes muestras de grafeno

En el laboratorio hemos podido comprobar que hay otros materiales que muestran propiedades peculiares, como los fluidos ferromagnéticos o la arena mágica que no se moja. También hemos aprendido lo que son los polímeros como el Silly Putty, en este caso se trata de un polímero de silicona tratado con ácido bórico, que tiene unas propiedades peculiares. Es viscoelástico, eso significa que es un fluido no newtoniano, se comporta como un líquido aunque su aspecto es el de un sólido: su viscosidad varía con la temperatura y dependiendo de la tensión cortante que le aplica. Se modela con facilidad especialmente si se aplica calor, puede llegar a fluir y rebota si se lanza contra una superficie, aunque puedes partirla en trozos si se golpea con fuerza. Se creó de manera accidental intentado encontrar un nuevo material sustituto de la goma en los Estados Unidos en los años cuarenta del siglo XX

File:Silly putty dripping.jpg

¿Podríamos modificar mediante nanotecnología las propiedades de este material? Bueno podríamos proporcionarle por ejemplo propiedades magnéticas si no mezclamos con nanopartículas imantadas y fijaros en la siguiente noticia ya se ha intentado mezclar grafeno con esta masilla para obtener un material extraordinariamente sensor

https://www.elespanol.com/ciencia/investigacion/20161209/176983271_0.html

En el laboratorio vamos a crear nuestro propio material no newtoniano: Slime casero con cola blanca de polivinilo, bicarbonato sódico y líquido de lentillas que contiene bórax, emplearemos colorantes para teñir nuestra masilla

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A partir de este sencillo experimento vamos a variar las condiciones experimentales: cantidades, ingredientes y condiciones de la reacción química para obtener slime más o menos viscoso, transparente, perfumado o comestible. Realizaremos una valoración de las propiedades finales de nuestras masillas y  contrastaremos nuestras hipótesis de partida

Recuerda un polímero es un compuesto químico de gran masa molecular formado por la unión de muchas unidades denominadas monómeros y que son compuestos químicos más sencillos que se repiten. La polimerización es una reacción química de unión de monómeros para formar polímeros. Hay muchos polímeros naturales como el almidón o el caucho.

El Acetato de polivinilo (PVA) es un polímero sintético presente en productos como colas y pegamentosEl bórax es una sal que se emplea en detergentes y desinfectantes como el líquido de lentillas

Resultado de imagen de ACETATO DE POLIVINILO CON BORAX REACCION

En la reacción química de formación de nuestra masilla o slime el bórax va a permitir la formación de nuevos polímeros ya que va a mantener unidas las cadenas de PVA mediante unos enlaces denominados puentes de hidrógeno. Así las propiedades de este nuevo polímero van a cambiar. Entre estas cadenas quedan retenidas también moléculas de agua que proporcionan elasticidad, por eso si se deja al aire la masilla se endurece. El bicarbonato sódico se añade para facilitar la reacción química estabilizando las cadenas

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Esta es la página web del Instituto de Nanociencia de Aragón para que pertenece a la Universidad de Zaragoza y que desde 2003 se dedica a la investigación en I+D+i en Nanociencia

http://ina.unizar.es/es/

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