Nano y Biotecnología

¿Qué es la nano y la biotecnología?

PRINCIPALES APLICACIONES

1. LA BIOTECNOLOGIA: Es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente y medicina.
2.  Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, gen ética, virología, agronomía, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria , entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la micro Estructura del ARN de biología, la ciencia de los transferencia. alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.
3. NANOTECNOLOGIA: Es un campo de las ciencias aplicadas, dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nano materiales).
4. Lo más habitual es que tal manipulación se produzca en un rango de entre uno y cien nanómetros. Se tiene una idea de lo pequeño que puede ser un nano bot sabiendo que un nano bot de unos 50 nm tiene el tamaño Representación animada de un nanotubo de  5 capas carbono.de moléculas o átomos depende de qué esté hecho el nano bot.
5. La nano ciencia y la nanotecnología estudian y hacen uso del comportamiento y las propiedades de la materia a escalas que abarcan desde unos pocos, a cientos de nanómetros.
6. Medio Ambiente: Las aplicaciones de la Nanotecnología en el medio ambiente, involucran el desarrollo de materiales, energías y procesos no contaminantes, tratamiento de aguas residuales, desalinización de agua, descontaminación de suelos, tratamiento de residuos, reciclaje de sustancias, nano sensores para la detección de sustancias químicas dañinas o gases tóxicos.                                                                                 Energía: Las aplicaciones de la Nanotecnología en sector energético, tiene relación con la mejora de los sistemas de producción y almacenamiento de energía, en especial aquellas energías limpias y renovables como la energía solar, o basadas en el Hidrógeno, además de tecnologías que ayuden a reducir el consumo energético a través del desarrollo de nuevos aislantes térmicos mas eficientes basados en nano materiales. El aumento de la eficiencia de los paneles solares y placas solares gracias a nano materiales especializados en la captura y almacenamiento de energía solar                                                                                                        Medicina: Las aplicaciones de la Nanotecnología en Medicina se denomina Nano medicina, y dentro de ella tenemos el  desarrollo de nano transportadores de fármacos a lugares específicos del cuerpo, que pueden ser útiles en el tratamiento del Cáncer u otras enfermedades, biosensores moleculares con la capacidad de detectar alguna sustancia de interés como glucosa o algún biomarcador de alguna enfermedad, nano bots  programados para reconocer y destruir células tumorales o bien reparar algún tejido como el tejido óseo a raíz de un fractura, nano partículas con propiedades antisépticas y desinfectantes, etc..                                                                                                                                             Industria de Alimentos: Las aplicaciones de la Nanotecnología en la industria de Alimentos incluye aplicaciones de nano sensores y nano chips útiles en el aseguramiento de la calidad y seguridad del alimento, dispositivos que funcionen como nariz y lengua electrónica, detección de frescura y vida útil de un alimento, detección de microorganismos patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas y otros contaminantes, desarrollo de Nano envases, Nano alimentos con propiedades funcionales nutritivas y saludables, o con mejores propiedades organolépticas.                                                                                                  Textil: Desarrollo de tejidos que repelen las manchas y no se ensucian y sean auto-limpiables, anti olores, incorporación de nano chips electrónicos que den la posibilidad de cambio de color a las telas, o bien el control de la temperatura, estos últimos están dentro de lo que se llama “tejidos inteligentes”                            Construcción: Desarrollo de Materiales (Nano materiales)  mas fuertes y ligeros, con mayor resistencia, vidrios que repelen el polvo, humedad, pinturas con propiedades especiales, materiales autorreparables, etc..                                                                                                                                                                          Electrónica: Las aplicaciones de la Nanotecnología en la electrónica comprenden el desarrollo de componentes electrónicos que permitan aumentar drásticamente la velocidad de procesamiento en las computadoras, creación de semiconductores, nano cables cuánticos, circuitos basados en Grafema o Nanotubos de Carbono.                                                                                                                                  Tecnologías de la comunicación e informática: Las aplicaciones de la Nanotecnología en las tecnologías de la comunicación e informática, comprende el desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de mayor capacidad y menor tamaño, dispositivos de visualización basados en materiales con mayor flexibilidad u otras propiedades como transparencia que permitan crear pantallas flexibles y transparentes, además el desarrollo de la computación cuántica.                                                                                 Agricultura: Las aplicaciones de la Nanotecnología en la Agricultura, tienen relación con mejoras en plaguicidas, herbicidas, fertilizantes, mejoramiento de suelos, nano sensores en la detección de niveles de agua, Nitrógeno , agroquímicos, etc..                                                                                                                           Ganadería: Las aplicaciones de la Nanotecnología en la Ganadería dicen relación con el desarrollo de Nano chips para identificación de animales, Nano partículas para administrar vacunas o fármacos, nano sensores para detectar microorganismos y enfermedades además de sustancias tóxicas.                Cosmética:Las aplicaciones de la Nanotecnología en la cosmética implica el desarrollo de cremas antiarrugas o cremas solares con nano partículas.
7. 
   

Termodinámica

¿Qué es la termodinámica?

La termodinámica es la rama de la física que estudia los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen de un sistema físico (un material, un líquido, un conjunto de cuerpos, etc.), a un nivel macroscópico. La raíz "termo" significa calor y dinámica se refiere al movimiento, por lo que la termodinámica estudia el movimiento del calor en un cuerpo. La materia está compuesta por diferentes partículas que se mueven de manera desordenada. La termodinámica estudia este movimiento desordenado.                                               La importancia práctica de la termodinámica radica fundamentalmente en la diversidad de fenómenos físicos que describe. El conocimiento de esta diversidad ha derivado haca una enorme productividad tecnológica.

Mecánica cuántica

¿Qué es la mecánica cuántica?

La mecánica cuántica es la parte de la física que estudia el movimiento de las partículas muy pequeñas o micro objetos. Los fundamentos de la mecánica cuántica fueron establecidos en 1924 por Louis de Broglie, quien descubrió la naturaleza corpuscular-ondulatoria de los objetos físicos. El concepto de partícula "muy pequeña" atiende al tamaño en el cual comienzan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud infinita y a la vez la posición y la velocidad de una partícula, entre otros. A tales efectos suele denominárseles "efectos cuánticos". Así, la Mecánica cuántica es la que rige el movimiento de sistemas en los cuales los efectos cuánticos sean relevantes.

La mecánica cuántica en las ciencias                                                                                                  En Física, la mecánica cuántica (conocida originalmente como mecánica ondulatoria) es una de las ramas principales de la física, y uno de los más grandes avances del siglo veinte para el conocimiento humano, que explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores que se usan más que nada en la computación. La mecánica cuántica describe en su visión más ortodoxa, cómo cualquier sistema físico, y por lo tanto todo el Universo, existe en una diversa y variada multiplicidad de estados los cuales, habiendo sido organizados matemáticamente por los físicos, son denominados auto estados de vector y valor propio. De esta forma la mecánica cuántica explica y revela la existencia del Átomo y los misterios de la Estructura atómica; lo que por otra parte, la Física clásica, y más propiamente todavía la mecánica clásica, no podía explicar debidamente. De forma específica, se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido mediante teoría de perturbaciones. La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es la Mecánica cuántica relativista o ya, de forma más exacta y potente, la Teoría cuántica de campos (que incluye a su vez a la Electrodinámica cuántica, Cromo dinámica cuántica y Teoría electro débil dentro del Modelo estándar) y más generalmente, la Teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo. La única interacción que no se ha podido cuantificar ha sido la Interacción gravitatoria.

La mecánica cuántica es la base de los estudios del Átomo, los núcleos y las Partículas elementales (siendo ya necesario el tratamiento relativista), pero también en Teoría de la información, criptografía y Química.

Nano ciencia

¿Qué es la nano ciencia?

La palabra nano ciencia es una compuesta de dos palabras: la palabra en latín "Nanus" que quiere decir enano, y la palabra Ciencia. Nano se utiliza para describir una billonésima parte de algo. Por ejemplo, un nanómetro, que se mide sobre la escala de diámetros atómicos. Un pelo humano tiene un grosor de unos 100.000 nanómetros.                                                                                                     La nano ciencia es el estudio de átomos, moléculas y objetos cuyo tamaño se mide sobre la escala manométrica (1-100 nanómetros).                                                                                                          La nano ciencia es distinta a las otras ciencias porque aquellas propiedades que no se pueden ver a escala macroscópica adquieren importancia, como por ejemplo propiedades de mecánica cuántica y termodinámicas. En vez de estudiar materiales en su conjunto, los científicos investigan con átomos y moléculas individuales. Al aprender más sobre las propiedades de una molécula, es posible unirlas de forma muy bien definida para crear nuevos materiales con nuevas e increíbles características.

Nanómetros

¿Qué es un nanómetro?

El nanómetro es la unidad de longitud del Sistema Internacional de Unidades (SI) que equivale a una mil millonésima parte de un metro (1 nm = 10⁻⁹ m) o a la millonésima parte de un milímetro.El símbolo del nanómetro es nm.

El nombre combina el prefijo nano (del griego νάνος, nanos, «enano») con la unidad metro (del griego μέτρον, metrοn, «unidad de medida»).

Puede escribirse en notación científica como 1 nm = 10⁻⁹ m y es simplemente $$ 1 1000000000 {\displaystyle {\frac {1}{1000000000}}} metros.

Recientemente la unidad ha cobrado notoriedad en el estudio de la nanotecnología, área que estudia materiales que poseen dimensiones de unos pocos nanómetros.

Se usa para describir los tamaños en las sucesivas generaciones de la industria de los semiconductores y microprocesadores.

El nanómetro se usa para expresar dimensiones en la escala atómica:

• El diámetro de un átomo de helio es de 0,1 nm
• El diámetro de un ribosoma es de unos 20 nm.

También se utiliza para medir la longitud de onda de la radiación ultravioleta, radiación infrarroja y la luz. La luz visible va desde 400 a 700 nm.¹​

Los pulmones humanos sólo pueden retirar partículas superiores a 200 nanómetros. Las partículas de tamaño inferior pueden llegar a cualquier parte del cuerpo y producir daños y tumores.²​

El diámetro del cabello humano va de 70 µm (70000 nm) a 80 µm (80000 nm)

Moléculas

            

         ¿Cuánto mide una molécula? ¿Qué es una molécula?

Una molécula es un conjunto de átomos unidos químicamente. La carga eléctrica de las moléculas es neutra.Existe una definición de molécula más antigua que es menos general y menos precisa: "Una molécula es la parte más pequeña de una sustancia que puede tener existencia independiente y estable conservando sus propiedades químicas y ciertas propiedades fisicoquímicas." Según esta definición podían existir moléculas con un único átomo.

Las moléculas pueden ser formadas de dos maneras diferentes:

• Moléculas discretas: las moléculas pueden estar formadas por un número bien definido de átomos (generalmente un número pequeño). Las entidades que constituyen en este caso se llaman moléculas discretas. Estas moléculas suelen existir tanto en estado gaseoso como en estado condensado. Un ejemplo de moléculas discretas son las moléculas de hidrógeno o de glucosa.
• Moléculas gigantes. En este segundo caso las moléculas pueden estar formadas por agregados de átomos o iones que existen sólo en estado condensado. Estas estructuras se extienden indefinidamente en el espacio. En este caso distinguimos tres sub-grupos: si se extienden en una dirección las llamaos cadenas infinitas, si se extienden en dos  en una direcciones las llamamos cadenas infinitas), si se extienden en tres direcciones las llamamos estructuras tridimensionales infinitas. En estos últimos casos las moléculas son llamadas moléculas gigantes. Como ejemplos de moléculas gigantes tenemos un cristal iónico, una sal fundida, un metal sólido o fundido, un sólido covalente (como el diamante o la sílice, en el que todos los átomos quedan unidos a los vecinos más próximos por enlaces covalentes de igual fuerza).

El tamaño o volumen exacto de un átomo es difícil de calcular, ya que las nubes de electrones no cuentan con bordes definidos, pero puede estimarse razonablemente en 1,0586 × 10–10 m, el doble del radio de Bohr para el átomo de hidrógeno. Si esto se compara con el tamaño de un protón, que es la única partícula que compone el núcleo del hidrógeno, que es aproximadamente 1 × 10–15 se ve que el núcleo de un átomo es cerca de 100.000 veces menor que el átomo mismo, y sin embargo, concentra prácticamente el 100% de su masa.

Átomos

¿Qué es un átomo? ¿Cuánto mide un átomo?

Los átomos son la unidad básica estructural de todos los materiales de ingeniería. Los átomos constan principalmente de tres partículas subatómicas básicas, protones neutrones y electrones. El modelo común consta de un pequeño núcleo de alrededor de 10-14 m de diámetro rodeado de una nube de electrones relativamente poco dispersa y de densidad variable de modo que el diámetro del átomo es del orden de 10-10 m. El Núcleo aglutina casi toda la masa del átomo y contiene protones y neutrones, el protón tiene una masa de 1.673*10-24g, y una carga unitaria de 1.602*10-19C. El neutrón el ligeramente más pesado que el protón con una masa de 1.675*10-24 g, pero no tiene carga. El electrón tiene una masa relativamente pequeña de 9.79*10-28 g. (1/1836 veces la del protón) y una carga de –1.602*10-19 C. (igual en carga pero de signo opuesto a la del protón. La nube de carga electrónica constituye de este modo casi todo el volumen del átomo, pero, sólo representa un pequeña parte de su masa. Los electrones, particularmente la masa externa determinan la mayoría de las propiedades mecánicas, eléctrica, químicas, etc., de los átomos, y así, un conocimiento básico de estructura atómica es importante en el estudio básico de los materiales de ingeniería.

Células

              

            ¿Cuánto mide una célula? ¿Qué es una célula?

La célula es conocida como la unidad anatómica, fisiológica y de origen de todo ser vivo. Cada célula es una porción de materia constituida y organizada capaz de desarrollar todas las actividades asociadas a la vida: nutrición, relación y reproducción, de tal modo que se puede considerar un ser con vida propia.
En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. La célula obtiene energía a partir de sus alimentos y elimina las sustancias que no necesita. Responde a los cambios que ocurren en el ambiente y puede reproducirse dividiéndose y formando células hijas.

- Glóbulo Rojo: esta célula mide 7,5 micrones
- Células Muscular: esta célula mide 120 micrones
- Glóbulo blanco: esta célula mide 12 micrones
- Neuronas: esta célula mide 100 micrones
- Célula Parenquimática: esta célula mide 240 micrones
- Célula Epidérmica: esta célula mide 50 micrones
- Célula de Vaso Criboso: esta célula mide 500 micrones
- Pelo Glandular: esta célula mide 400 micrones.