Materiales modernos

2013
"Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la
Seguridad Alimentaria"

MATERIALES MODERNOS
CURSO

:

FÍSICO QUÍMICA

FACULTAD

:

INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

PROFESOR

:

ALCÁNTARA MALCA, DANIEL

AULA

:

415-B

INTEGRANTES

:

CABRERA LUEY, MARTHA ALICIA

CÓDIGO

:

1130704

Lima – Perú
MAYO-2013

MATERIALES MODERNOS
ÍNDICE
NANOMATERIALES .................................................................................................................. 2
NANOTUBOS DE CARBONOS .......................................................................................... 3
NANOCELULOSA .................................................................................................................. 4
GRAFENO ................................................................................................................................... 5
SEMICONDUCTORES .............................................................................................................. 8
LED ......................................................................................................................................... 11
CELDAS FOTOVOLTAICAS .............................................................................................. 12
SUPERCONDUCTORES ........................................................................................................ 16
PROPIEDADES ................................................................................................................ 17
EL EFECTO MEISSNER................................................................................................. 17
LA DENSIDAD DE CORRIENTE. .................................................................................. 17
EL EFECTO JOSEPHSON. ............................................................................................ 18
Teoría BCS. ....................................................................................................................... 18
Teoría fundamentada en el excitón. .............................................................................. 19
Teoría RVB. ....................................................................................................................... 19
Teoría fundamentada en los plasmones. ..................................................................... 19
PLASMA................................................................................................................................. 19
APLICACIONES FUTURAS. .......................................................................................... 21
BIOTECNOLOGÍA ................................................................................................................ 23
Aplicaciones ...................................................................................................................... 23
ADN .................................................................................................................................... 25
CLONACIÓN ......................................................................................................................... 29
PRODUCTOS TRANSGÉNICOS ...................................................................................... 33
1ERA GENERACIÓN ............................................................................................................. 34
2DA GENERACIÓN ............................................................................................................... 34
3ERA GENERACIÓN ............................................................................................................. 34
FIBRA ÓPTICA ......................................................................................................................... 35
CONCLUSIONES: .................................................................................................................... 38
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: ..................................................................................... 38

FISICOQUIMICA

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MATERIALES MODERNOS
NUEVOS MATERIALES /MATERIALES MODERNOS

NANOMATERIALES
"Los nano materiales" son materiales cuyos principales constituyentes tienen una dimensión de
entre 1 y 100 mil millonésimas partes de un metro (nano escala), según una Recomendación
sobre
la
definición
de
nanomaterial adoptada hoy por la
Comisión Europea.
Los nanomateriales pueden ser
subdivididos en nanopartículas,
nanocapas y nanocompuestos.
Un reciente informe de Small
Times
predice
un
fuerte
crecimiento de los denominados
nanomateriales. En el mismo se
comentan los diferentes tipos
existentes en la actualidad (tales
como las nanoarcillas
para
reforzar plásticos) o los nanotubos
de
carbono
para
agregar
conductividad a varios materiales.
Los nanomateriales ya se están utilizando en centenares de aplicaciones y productos de
consumo, desde pasta de dientes a baterías, pinturas y ropa. El desarrollo de estas sustancias
tiene un potencial significativo para el progreso en áreas como la medicina, la protección
medioambiental y la eficiencia energética. Pero dado que todavía existe incertidumbre sobre los
riesgos que plantean, es necesaria una definición clara para asegurar que se aplican las reglas
de seguridad química apropiadas. La definición ayudará a todos las partes, incluidas las
asociaciones del sector, dado que proporciona coherencia a la variedad de definiciones que se
encuentran actualmente en uso en diferentes sectores.
Existen tres categorías básicas de nanomateriales desde el punto de vista comercial y
desarrollo: óxidos metálicos, nanoarcillas y nanotubos de carbono. Los que más han avanzado
desde el punto de vista comercial son las nanopartículas de óxido metálico.
NANOTECNOLOGÍA
La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de
materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y
la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala
Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra
fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología
para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas
Su estudio está interesado en crear nuevas estructuras y productos que tendrían un gran
impacto en la industria, la medicina (nanomedicina), etc.
El padre de la "nanociencia", es considerado Richard Feynman, premio Nóbel de Física, quién
en 1959 propuso fabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas. En

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MATERIALES MODERNOS
1959, el gran físico escribió un artículo que analizaba cómo los ordenadores trabajando con
átomos individuales podrían consumir poquísima energía y conseguir velocidades asombrosas.
Existe un gran consenso en que la nanotecnología nos llevará a una segunda revolución
industrial en el siglo XXI tal como anunció hace unos años, Charles Vest (ex-presidente del
MIT).
Supondrá numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades
extraordinarias (desarrollar materiales más fuertes que el acero pero con solamente diez por
ciento el peso), nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente más rápidos
o sensores moleculares capaces de detectar y destruir células cancerígenas en las partes más
delicadas del cuerpo humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones.
Podemos decir que muchos progresos de la nanociencia estarán entre los grandes avances
tecnológicos que cambiarán el mundo.
NANOTUBOS DE CARBONOS
Harry Kroto, Bob Curl, and Rick Smalley descubrieron esferas de carbón puro en 1985. Las
llamaron "Buckyballs" (pelotas de Bucky-Nanoestructura compuesta por 60 átomos de
carboono-C60) en honor a Buckminster Fuller.
Los nanotubos se componen de una o varias láminas de grafito u otro material enrolladas sobre
sí
mismas.
Algunos
nanotubos están cerrados
por
media
esfera
de
fullerene, y otros no están
cerrados. Existen nanotubos
monocapa (un sólo tubo) y
multicapa
(varios
tubos
metidos uno dentro de otro,
al estilo de las famosas
muñecas
rusas).
Los
nanotubos de una sola capa
se
llaman
single
wall
nanotubes (SWNTS) y los
de varias capas, multiple
wall nanotubes (MWNT)
Los nanotubos tienen un
diámetro
de
unos
nanómetros y, sin embargo,
su longitud puede ser de
hasta un milímetro, por lo que dispone de una relación longitud: anchura tremendamente alta y
hasta ahora sin precedentes.
La investigación sobre nanotubos de carbono es tan apasionante (por sus múltiples
aplicaciones y posibilidades) como complejo (por la variedad de sus propiedades electrónicas,
termales y estructurales que cambian según el diámetro, la longitud, la forma de enrollar...).
Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo
perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen
propiedades eléctricas muy interesantes, conduciendo la corriente eléctrica cientos de veces
más eficazmente que los tradicionales cables de cobre

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Los nanotubos de carbono, además de ser tremendamente resistentes, poseen propiedades
eléctricas interesantes. Una capa de grafito es un semi-metal. Esto quiere decir que tiene
propiedades intermedias entre semiconductores (como la silicona en microchips de ordenador,
cuando los electrones se muevan con restricciones) y metales (como el cobre utilizado en
cables cuando los electrones se mueven sin restricción). Cuando se enrolla una capa de grafito
en un nanotubo, además de tener que alinearse los átomos de carbono alrededor de la
circunferencia del tubo, también las funciones de onda estilo mecánica cuántica de los
electrones deben también ajustarse. Este ajuste restringe las clases de función de onda que
puedan tener los electrones, lo que a su vez afecta el movimiento de éstos. Dependiendo de la
forma exacta en la que se enrolla, el nanotubo pueda ser un semiconductor o un metal.
NANOCELULOSA
En primer lugar, se trata de un nanomaterial de origen vegetal, obtenido bien a partir de la
compresión de fibras, o bien a través de cultivos naturales por la producción autónoma de
distintos tipos de bacterias. Estematerial no es más que un biopolímero a escala
nanométrica compuesto exclusivamente de moléculas de β-glucosa, pero lo más interesante
es que esta biomolecular orgánica se encuentra en grandes cantidades formando parte de la
biomasa terrestre.
Lo más relevante entre las novedosas propiedades de este nuevo material estaría la capacidad
demultiplicarhasta por ocho la resistencia del acero inoxidable, su extremada ligereza y su
excelente conductividad eléctrica.
Entre sus futuras aplicaciones se encuentra el sector de los biocombustibles y la industria
farmacéutica, pero también otras como la electrónica
Uno de los grandes retos de la nanocelulosa es su producción a gran escala, la celulosa se
encuentra en grandes cantidades en la naturaleza, por lo tanto, el desafío al que se enfrentan
los investigadores reside en la sintetización de esa celulosa para obtener nanocelulosa a gran
escala.
Hasta ahora, la producción de nanocelulosa no resultaba rentable ya que requería una
inversión económica importante, bien para el proceso de compresión de la fibra o bien para
abastecer de nutrientes a la bacterias que producen el material de forma natural. En cambio,
estos científicos de la Universidad de Texas, con Malcolm Brown como director y miembro del
equipo de investigación, han conseguido producir pequeñas cantidades de nanocelulosa
mediante un determinado tipo de alga capaz de producir el material de forma natural, sin
necesidad de nutrientes. Brown afirma que a pesar de haber conseguido tan solo pequeñas
cantidades de nanocelulosa, están modificando genéticamente esta alga original para introducir
genes de la bacteriaAcetobacter xylinum–usada para hacer vinagre– que ayudarían a
producir cantidades ingentes de este nanomaterial. Por otro lado, los costes de producción
serían mínimos ya que la producción únicamente requiere agua, luz solar y este tipo de alga
para producir de forma natural la nanocelulosa.
Aplicaciones futuras de la nanocelulosa cristalina.
Tal y como apuntan los investigadores, las propiedades resistentes, la extremada ligereza y la
excelente conductividad eléctrica de la nanocelulosa lo convierten en un material ideal para
confeccionar chalecos de protección ultraligeros, pantallas de dispositivos electrónicos e

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incluso para cultivar órganos humanos. Pero conviene recordar que el desarrollo de este
material aún se encuentra en una fase incipiente y que a pesar de que las propiedades de la
nanocelulosa cristalina apuntan a determinados campos tecnológicos, es posible que
investigaciones futuras amplíen el abanico de aplicaciones a otros sectores hasta ahora
impensables. Al respecto Amador Fernández nos recuerda que ―al principio, todo el mundo se
centraba en las propiedades de resistencia del grafeno, pero luego su gran campo de
aplicación ha sido la electrónica‖.

GRAFENO
El grafeno es un alótropo del carbono,
un teselado hexagonal plano (como un
panal de abeja) formado por átomos de
carbono y enlaces covalentes que se
forman a partir de la superposición de
2
los híbridos sp de los carbonos
enlazados. Entre las propiedades más
sobresalientes se encuentran que es
transparente,
flexible,
extraordinariamente
resistente,
impermeable, abundante, económico y
conduce la electricidad mejor que
ningún otro metal conocido, el Grafeno
tiene muchas propiedades que no se
habían encontrado antes en ningún otro
material, en la actualidad el Grafeno
tiene fascinados a científicos y a la
industria debido a sus fantásticas
propiedades.

Obtención del grafeno
Sencillamente iban retirando con un
trozo decinta adhesiva, las capas de la
superficie de un pequeño bloque de
grafito.
Ir separando capas de átomos
carbono del grafito, hasta lograr
sola aislada. Eso es el grafeno.
material
revolucionario
por
propiedades y aplicaciones.

de
una
Un
sus

Para producirlo no se utiliza grafito, sino
gas metano, que se transforma
mediante una tecnología denominada
deposición química en fase vapor
(Chemical Vapor Deposition, CVD): ―Es
una de las grandes ventajas, pues no
dependemos de ningún producto mineral‖, señala.

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MATERIALES MODERNOS
―Se realiza en un reactor CVD donde se introduce un gas con carbono. Mediante la aplicación
de energía se depositan los átomos de carbono sobre un substrato metálico. El siguiente paso
es transferir la lámina de grafeno al substrato final que puede ser un polímero, vidrio, silicio u
otros, dependiendo de la aplicación‖, explica
El precio varía según los tamaños y las propiedades. En los últimos años ha caído ya a la
mitad. Una lámina de grafeno cuesta entre 300 y 1.000 euros, una cifra muy asequible para el
consumo de investigación pero elevada para otros usos. De la Fuente explica que esperan que
el precio siga descendiendo progresivamente y, ―a medio plazo (unos cinco años), sea más
barato que el silicio, que en la actualidad cuesta alrededor de 50 euros‖. ―A medida que el
mercado vaya avanzando el precio irá bajando. Prácticamente cuesta lo mismo producir una
lámina que 100.000″, afirma.
¿Qué propiedades tiene el grafeno?
Entre las sorprendentes propiedades físicas más destacadas de este carbono en configuración
plana se encuentran:
1.
2.
3.
4.

Una alta conductividad térmica, que supera a la de cualquier otro material conocido.
Gran resistencia, del orden de unas 200 veces mayor que la del acero.
Más flexible que la fibra de carbono.
Goza de una alta conductividad eléctrica, comportándose tan eficaz como elcobre, Cu
(s). Es decir, necesitaría menos energía eléctrica para realizar la misma tarea que
el silicio, Si (s). Y generaría un menor efecto Joule, ya que se calentaría menos al
conducir los electrones.
5. Alta elasticidad y dureza.
6. Gran capacidad para soportar la radiación ionizante.
7. Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el helio, He (g), el
átomo de gas más pequeño, puede atravesarlo.

8. Entre las propiedades químicas destaca el hecho que pueda reaccionar con otras
9.

sustancias para formar nuevos compuestos químicos con diferentes y novedosas
propiedades.
Una reactividad que dota a este material de un gran potencial de desarrollo.

Los extraordinarios valores de estas propiedades surgen de su pequeño grosor y son

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explicadas por originarse y pertenecer al dominio de la Física Cuántica.
Aplicaciones
Elgrafeno tiene posibles y potenciales aplicaciones, incluida la fabricación denuevos
materialesy el desarrollo de nuevos y avanzadosdispositivos electrónicos.
Los transistoresconstruidos con grafeno podrán ser sustancialmente más rápidos y eficaces
que los actuales de silicio, y con ellos se podrán fabricar ordenadores más eficaces.
También, como es transparentey un buen conductor, se vislumbran múltiples aplicaciones
en:pantallas
flexiblesde
dispositivos
electrónicos,
paneles
luminosos,
pantallas
táctilestransparentes e incluso se piensa ya en nuevospaneles solaresque serían mucho más
delgados.
Su uso permitiría estudiar fenómenos relacionados tanto con laMecánica Cuánticacomo con
laRelativista, dada la alta velocidad que en este sólido los electrones pueden alcanzar.
Algunas propiedades inquietantes
Porque, desde el punto de vista teórico, el grafeno goza de otras propiedades tan interesantes
como:
1. El hacer que los electronesque se desplazan sobre el grafeno, se comporten
comocuasipartículas sin masa. Lo que se conoce como fermiones de Dirac. Unas sub
partículas que se desplazan conmovimiento uniforme (MU)como laluz, sólo que ellos
van más lentos.
6
Sólo a unos millones de metros por segundo (10 m/s), en lugar de los trescientos
6
millones (300·10 m/s) a los que va la luz.
La producción de grafeno permitirá estudiar experimentalmente este comportamiento,
que ya fue predicho teóricamente hace más de 50 años.

2. El efecto Hall cuántico, por el que laconductividaden dirección perpendicular a la
corriente, toma siempre valores discretos ocuantizados.

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Un detalle físico que permite medirla con una inusitada precisión. De lo más
interesante.
3. Elefecto localización de Anderson, asociado a la total movilidad de los electrones del
grafeno por toda la lámina.
El grafeno es conocido y está descrito desde hace al menos medio siglo.
Tanto su enlace químico como estructura molecular ya se describieron durante la década de
1930, y la estructura de bandas electrónicas fue determinada, por primera vez en 1949, por P.
R. Wallace.

SEMICONDUCTORES
MATERIALES SEMICONDUCTORES
Estos materiales se comportan comoaislantes a bajas temperaturas pero a temperaturas más
altas secomportan como conductores. La razón de esto es que los electrones devalencia están
ligeramente ligados a sus respectivos núcleos atómicos,pero no lo suficiente, pues al añadir
energía elevando la temperatura soncapaces de abandonar el átomo para circular por la red
atómica delmaterial. En cuanto un electrón abandona un átomo, en su lugar deja unhueco que
puede ser ocupado por otro electrón que estaba circulandopor la red.
Los materiales semiconductores más conocidos son: Silicio (Si) yGermanio (Ge), los cuales
poseen cuatro electrones de valencia en suúltimo nivel. Por otra parte, hay que decir que tales
materiales formantambién estructura cristalina.
Hay que destacar que, para añadir energía al material semiconductor,además de calor, también
se puede emplear luz.
Teoría de bandas
Esta teoría explica el comportamiento de los materiales al paso de la corrientedesde una
perspectiva más científica.
Definimos Banda de Valencia (BV) al conjunto de energía que poseen loselectrones de
valencia.
Definimos Banda de Conducción (BC) al conjunto de energía que poseen loselectrones para
desligarse de sus átomos. Los electrones que estén en estabanda pueden circular por el
material si existe una tensión eléctrica que losempuje entre dos puntos.
En base a estos dos conceptos tenemos tres casos:
Conductor: En este casola Energía de la banda devalencia es mayor que lade los electrones de
labanda de conducción. Asípues, las bandas sesuperponen y muchoselectrones de valencia
sesitúan sobre la deconducción con sumafacilidad y, por lo tantocon opción de circular por el
medio.
Aislante: En este caso laenergía de la banda deconducción es mucho mayorque la energía de
la bandade valencia. En este caso,existe una brecha entre labanda de valencia y la
deconducción de modo que,los electrones de valencia nopueden acceder a la bandade
conducción que estarávacía. Es por ello que el aislante no conduce. Sólo a temperaturas
muyaltas, estos materiales son conductores.
Semiconductores: En estecaso, la banda deconducción sigue siendomayor que la banda
devalencia, pero la brechaentre ambas es muchomás pequeña, de modoque, con un
incrementopequeño de energía, loselectrones de valencia saltan a la banda de conducción y

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puede circularpor el medio. Cuando un electrón salta desde la banda de valencia a lade
conducción deja un hueco en la banda de valencia que, aunqueparezca extraño, también se
considera portador de corriente eléctrica.
A los materiales semiconductores puros se les conoce como semiconductoresintrínsecos.
Semiconductores extrínsecos
Son materiales semiconductores puros contaminados con impurezas enmínimas proporciones
una partícula entre un millón). A este proceso decontaminación se le denomina dopaje.

Según el tipo de dopaje que se le realice al material existen dos tipos:
Tipo N: En este caso se contamina el material con átomos de valencia 5, como son
Fósforo (P), Arsénico (As) o Antimonio (Sb). Al introducirlos, fuerzo al quinto electrón
de este átomo a vagar por el material semiconductor, pues no encuentra un lugar
estable en el que situarse. Al conjunto de estos electrones se les llama electrones
mayoritarios.

Tipo P: En este caso se contamina el material semiconductor con átomos de valencia,
como son Boro (B), Galio (Ga) o Indio (In). Si se introduce este átomo en el material,
queda un hueco donde debería ir un electrón. Este hueco se mueve fácilmente por la
estructura como si fuese un portador de carga positiva. En este caso, los huecos
sonportadores mayoritarios.

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Resumen: Los semiconductores tipo N tienen exceso de portadores de carganegativos
(electrones) y los semiconductores tipo P tienen exceso deportadores de carga positiva
(huecos)
TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES
Número
Nombre
del Grupo en la Categoría
Electrones en Números de
Atómico
Elemento
Tabla Periódica
la última órbita valencia
48
Cd (Cadmio)
IIa
Metal
2e
+2
5
B (Boro)
Metaloide
3e
+3
13
Al (Aluminio)
IIIa
31
Ga (Galio)
Metal
49
In (Indio)
14
Si (Silicio)
4e
+4
IVa
Metaloide
32
Ge (Germanio)
15
P (Fósforo)
No metal
5e
+3, -3, +5
33
As (Arsénico)
Va
Metaloide
51
Sb (Antimonio)
16
S (Azufre)
6e
+2, -2 +4, +6
No metal
34
Se (Selenio)
VIa
52
Te (Telurio)
Metaloide
En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno de
los siguientes métodos:
Elevación de su temperatura
Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina
Incrementando la iluminación.
Con relación a este último punto, algunos tipos de semiconductores, como las resistencias
dependientes de la luz (LDR – Light-dependant resistors), varían su conductividad de acuerdo
con la cantidad de luz que reciben.
Resistencia dependiente de la luz (LDR), conocida también como fotorresistor o célula
fotoeléctrica. Posee la característica de disminuir el valor de su resistencia interna cuando la
intensidad de luz que incide sobre la superficie de la celda aumenta. Como material o elemento
semiconductor utiliza el sulfuro de cadmio (CdS) y su principal aplicación es en el encendido y

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apagado automático del alumbrado público en las calles de las
ciudades, cuando disminuye la luz solar.
La conductividad eléctrica de los cuerpos materiales (σ)
constituye la capacidad que tienen de conducir la corriente
eléctrica. La fórmula matemática para hallar la conductividad es
la siguiente:
Como se puede apreciar en esta fórmula, la conductividad (σ) se obtiene hallando
primeramente el resultado de la recíproca de la resistencia (o sea, 1/R) multiplicándolo a
continuación por el resultado que se obtiene de dividir la longitud del material (L) entre su área
(A). En esa fórmula se puede observar también que la resistencia (R) es inversamente
proporcional a (σ), por lo que, a menor resistencia en ohm de un cuerpo, la conductividad
resultante será mayor.
LED
Diodos luminiscentes (LEDS)
Los diodos luminiscentes son diodos semiconductores que al ser atravesados por una corriente
eléctrica emiten radiaciones electromagnéticas en una estrecha banda de longitudes de onda
(565nm a 950nm), dependiendo del semiconductor en que estén construidos.
Algunas de sus ventajas son:
Bajas temperaturas de funcionamiento.
Gran estabilidad mecánica: insensibilidad frente a sacudidas o vibraciones.
Facilidad para modular su emisión.
Compatibilidad TTL.
Pequeñas dimensiones.
Inmunidad contra campos magnéticos y eléctricos, importante para la transmisión de
fibra óptica.
Dependiendo de la radiación emitida se subdividen en:
Diodos Infrarrojos (IRED).
Diodos Emisores de Luz Visible (LED).
Diodos Láser.

Algunas aplicaciones son:
Lámparas indicadoras o pilotos.
Visualizadores numéricos de siete segmentos o alfanuméricos.

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En aparatos de medida.
En instalaciones telefónicas, de datos y de señalización.
Aparatos de electrónica moderna.

Industria de los semiconductores
El crecimiento de la industria de los semiconductores desde los inicios de la década de 1960 ha
sido verdaderamente notable. Hoy en día los semiconductores son componentes esenciales de
casi cualquier equipo electrónico, desde la radio y el televisor hasta las calculadoras de bolsillo
y las computadoras. Una de las principales ventajas de los dispositivos de estado sólido sobre
los bulbos electrónicos es que los primeros se pueden construir en un solo circuito integrado
(chip) de silicio no mayor que la sección transversal de una goma de lápiz de esta forma se
puede almacenar mucho más equipo en un espacio pequeño—un aspecto de particular
importancia en los viajes espaciales y en las mini calculadoras y microprocesadores (computers
on a chip).
Se considera que a aproximadamente a las 50.000 horas, es cuando su flujo decae por debajo
del 70% de la inicial, eso significa aproximadamente 6 años en una aplicación de 24 horas
diarias 365 días/año.
CELDAS FOTOVOLTAICAS
La palabra fotovoltaica se compone de dos
términos: Foto = Luz, Voltaica = Electricidad. Es
un dispositivo que convierte directamente la luz
solar en electricidad.
Las celdas fotovoltaicas están hechas de
materiales
especiales
llamadossemiconductorestal como el silicio,
que es el material más usado. Cuando la luz
solar choca en la celda una cierta porción de
ella es absorbida dentro del material
semiconductor. Esto significa que la energía de
la
luz
absorbida
es
transferida
al
semiconductor. La energía golpea los
electrones libres permitiéndoles fluir libremente.

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MATERIALES MODERNOS
Todas celdas fotovoltaicas tienen uno o más campos eléctricos que actúan para forzar a los
electrones liberados por la acción de la luz para fluir en una cierta dirección. Este flujo de
electrones es una corriente y poniendo los contactos de metal en la parte superior e inferior de
la celda fotovoltaicapodemos dibujar la corriente para usarla externamente. Esta corriente junto
con el voltaje de celda, define la potencia que puede entregar la celda solar.
Un átomo de silicio siempre buscará llenar su última capa con 8 electrones. Normalmente se
utilizan estructuras de silicio con fósforo ya que este al tener 5 electrones, deja uno libre no
atado a la estructura al aplicar energía, por ejemplo en forma de calor, este electrón es liberado
de su posición más fácilmente que en una estructura de silicio puro. Cuando al silicio se le hace
dopaje con fósforo resulta un silicio llamado tipo-N, porque prevalecen los electrones libres. El
silicio tipo-N es mucho mejor conductor que el silicio puro.
Cuando al silicio se le hace doping con boro, el cual tiene 3 electrones en la última capa, se
denomina silicio tipo-P. El silicio tipo-P, en lugar de tener electrones libres tiene huecos libres.
Los huecos son ausencia de electrones, llevando así carga opuesta a la del electrón, es decir
carga positiva. Estos se mueven igual como lo hacen los electrones.
Las celdas fotovoltaicas sin un campo eléctrico no funcionarían. Este campo eléctrico lo
podemos formar al poner en contacto un silicio tipo-N y un silicio tipo-P. En la juntura se
produce una barrera que hace difícil que los electrones del lado N crucen hacia el lado P,
tenemos un campo eléctrico que separa los 2 lados. Este campo actúa como un diodo
permitiendo con ayuda de la aplicación de energía externa los electrones fluyan desde el lado
P al N.
Cuando la luz en forma de fotón choca con nuestra celda, libera pares de electrón-hueco. Cada
fotón liberará exactamente un electrón dejando un agujero libre. Si esto sucede lo bastante
cerca del campo eléctrico, este hará que se envié un electrón al lado N y un hueco al lado P.
Esto provoca la ruptura de la neutralidad eléctrica. Si además se le proporciona un camino
externo, los electrones fluirán hacia su lado original (Lado tipo-P) para unirse con los agujeros.
Los electrones que fluyen constituyen la corriente y el campo eléctrico de la celda constituye el
voltaje. Con la corriente y voltaje tenemos la potencia de la celda.
Energía solar que absorbe la celda fotovoltaica.-La mayoría de las celdas pueden absorber
alrededor del 25% y con mayor probabilidad 15% o menos. Esto es porque la luz visible es sólo
una parte del espectro electromagnético. Y la radiación electromagnética no es monocromática.
La luz puede ser separada en diferentes longitudes de onda.

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MATERIALES MODERNOS
La luz que golpea tiene fotones con una gran variedad de energía, resulta que algunos no
tienen la energía suficiente para formar el par electrón hueco. Mientras que otros fotones tienen
mucho más energía.

Sólo se requiere una cierta cantidad de energía medida en electrón-volt para golpear un
electrón libre (para el caso del silicio cristalino se requiere 1.1 eV). A esto se le llama banda de
intervalo de energía de un material.(band gap energy)

La banda óptima de intervalo de energía es 1.4 eV para una celda hecha de un material simple.
Existen otras pérdidas, como lo es la resistencia interna de la celda llamada resistencia serie.
Para minimizar estas pérdidas la celda es cubierta por una grilla metálica, sobre la grilla se
coloca una cubierta antirreflectora y sobre esta una cubierta de vidrio como protección. Esto
reduce las pérdidas en un 5%.
Otros Materiales
Existe también el silicio policristalino, pero no es más eficiente que el silicio cristalino.
Estos materiales tienen diferentes intervalos de bandas y parecen estar sintonizados a
diferentes longitudes de onda o a fotones con diferentes energías.

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MATERIALES MODERNOS
Se ha probado que el uso de dos o más capas de diferentes materiales con diferentes
intervalos de bandas de energía resulta ser muy eficiente. El material con mayor banda se
coloca en la superficie y más abajo los que requieren fotones con menor energía. Estas celdas
reciben el nombre de multijuntiras, y pueden tener más de un campo eléctrico.
Materiales densamente cristalinos
Simple silicio cristalino--Rebanado desde simple cristal de silicio crecido, estas celdas son
tienen un grosor de 200 micrones. La celda investigada ha alcanzado un 24% de eficiencia, los
módulos comerciales exceden el 15%.
Silicio Policritalino--Rebanado de bloques del molde de silicio, estas celdas son menos caras
para fabricar y menos eficientes que las celdas de simples de cristal de silicio. Las celdas
investigadas alcanzan un 18% de eficiencia y los modulos comerciales alcanzan un 14%.
Redes Dendriticas--Una película de cristales simples de silicio sacado desde Silicio fundido,
como una burbuja de jabón, entre dos cristales dendríticos.
Arseniuro Galio (GaAs)-Un material semiconductor III-V desde los cuales hacen celdas
fotovoltaicas de gran eficiencia, son usados en sistemas de concentradores y en sistemas de
potencia espacial. Investigaciones dicen que alcanzan 25% de eficiencia bajo luz solar y 28%
bajo luz solar concentrada. Las celdas de multijuntura están basadas en GaAs y relacionadas
con aleaciones III-V han excedido el 30% de eficiencia.
Materiales de película delgada
Silicio Amorfo (a-Si)-El silicio amorfo que es una estructura no cristalina. Primer uso en
materiales fotovoltaicas en 1974. En 1996, el silicio amorfo constituyó más del 15% de la
producción mundial de fotovoltaicas. Pequeños módulos experimentales de Si-a superan el
10% de eficiencia, en los módulos comerciales se alcanza un rango entre el 5-7%. Usado en
productos de consumo, el Si-a es la gran promesa para la construcción de sistemas integrados,
reemplazando los vidrios tintados con módulossemis-transparentes.
Telururo de Cadmio (CdTe)-Una delgada película de material policristalino, depositado por
electrodeposición. Pequeños laboratorios se han acercado al 16% de eficiencia, y con un
2
módulo comercial de tamaño (7200-cm ) midieron 8.34% de eficiencia, y producción de
módulos de 7%.
Diseleniuro de Cobre Indio(CuInSe2, or CIS)-Una película de material policristalino, el cual
alcanza una eficiencia de 17.7%, en 1996, con un prototipo módulo de potencia alcanza los
10.2%. La dificultad en tomar esta tecnología es la dificultad de evitar la formación de defectos
durante la deposición que previene la formación de capas uniformes.
Concentradores-El sistema de concentradores usa lentes para focalizar la luz dentro de las
celdas solares. Los Lentes, con un radio de concentración de 10x a 500x, típicamente focos
lineales o puntuales. Las celdas son usualmente de silicio. Las celdas GaAs y otros materiales
tienen alta eficiencia conversión a altas temperaturas, pero ellos son muy caros. La eficiencia
de los módulos supera el 17%, y concentradores están diseñados para una eficiencia de
conversión que supera el 30%.
Los Reflectorespueden ser usados para aumentar la salida de potencia, aumentando la
intensidad de la luz en los módulos, o prolongar su tiempo.
Sistema de Concentradores: Las lentes no pueden centrar la luz dispersada, limitando su uso
de áreas, como áreas del desierto, con un número substancial de días despejados en el año.

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MATERIALES MODERNOS
SUPERCONDUCTORES
Los superconductores son una categoría de materiales que no oponen ninguna resistencia
eléctrica al paso de corriente a muy baja temperatura ya que los electrones se desplazan sin
colisiones y en zigzag a través de los cristales del átomo, es decir materiales con resistencia
nula con los cuales se puede ahorrar la energía que se disipa en forma de calor en los otros
conductores, debido a la colisión de los electrones entre sí y con los átomos del material.
Además de lo anterior tienen otra característica muy importante que consiste en que expulsan
de su interior los campos magnéticos mientras estos no sobrepasen un valor límite. . De
manera diferente de los materiales comunes cuya resistencia eléctrica disminuye
paulatinamente al bajar la temperatura, los superconductores, una vez alcanzado el umbral
crítico, de manera abrupta pierden toda resistencia. Este efecto, descubierto por Heike
Kamerlingh Onnes en 1911 en Leiden, abrió un nuevo campo de estudio en física. En la
actualidad se lo considera un fenómeno cuántico.
Estos materiales se dividen en dos grandes categorías:
los de baja temperatura, que precisan ser refrigerados por gases como el helio a unos
pocos grados por encima del cero Kelvin (-273 °C), y
los de alta temperatura, que alcanzan la superconductividad arriba de los 77 K,
temperatura a la que el nitrógeno se transforma en un líquido.

A estas temperaturas, los sistemas de refrigeración se simplifican considerablemente, lo que
permite desarrollar aplicaciones prácticas para estos materiales. La teoría acerca de la
superconductividad fue desarrollada en la década de 1950, y en 1962, la compañía
Westinghouse fabricó el primer cable superconductor, hecho de una aleación de niobio y
titanio. Esto permitió construir los primeros imanes, que fueron utilizados en los aceleradores
de partículas como el del CERN y en la actualidad el LHC en Suiza. Hasta 1980 se creía
imposible conseguir la superconductividad a más de 30 K, pero en 1986, Bednorz y Müller
descubrieron una aleación basada en el lantano que superó ese límite y en 1993 se logró
superar la barrera de los 130 Kelvin trabajando con películas de óxido mixto de cobre, calcio,
bario y mercurio (HgBaCaCuO). Este mismo equipo logró en diciembre de 1993 una
temperatura crítica de 250K a partir de un compuesto de bismuto, estroncio, calcio y óxido de
cobre (BiSrCaCuO).

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MATERIALES MODERNOS
Los

compuestos

que

han

originado

los

sorprendentes

adelantos

en

materia

de

superconductividad son todos cupratos de la familia de las perovskitas de cobre, es decir,
cristales constituidos por el apilamiento, en todas las direcciones del espacio, de octaedros que
contienen en su centro un átomo metálico, el cobre, con átomos de oxígeno en los vértices; los
espacios entre los octaedros están ocupados por otro átomo metálico.
En la actualidad se busca lograr materiales superconductores a temperatura ambiente,la cual
está en torno a los 293 K (20 °C), lo que revolucionaría desde la industria del transporte con
vehículos que leviten hasta la computación con máquinas mucho más veloces que las actuales.
PROPIEDADES
Los superconductores ofrecen cuatro grandes ventajas sobre los conductores normales que
podrían ser explotadas en muchas aplicaciones, ellas son:
Conducen la electricidad sin pérdida de energía, y por tanto, podrían utilizarse en lugar
de los conductores para ahorrar energía.
No tienen resistencia, y por consiguiente no generan calor cuando se hace pasar
corriente eléctrica por ellos. En un conductor ordinario, la pérdida de energía debida a
su resistencia se disipa en forma de calor. Este calor impone un límite al número de
componentes

electrónicos

que

pueden

ser

empaquetados

juntos.

Utilizando

superconductores se podrían empaquetar herméticamente un gran número de
componentes electrónicos, sin preocuparse por la disipación de calor.
Tienen capacidad para crear campos magnéticos intensos. Estos campos pueden ser
generados por imanes superconductores relativamente pequeños.
Pueden utilizarse para formar uniones Josephson, que son

conmutadores

superconductores. Su funcionamiento es similar al de un transistor, pero la unión
Josephson es capaz de conmutar a una velocidad 100 veces superior. Conectando dos
uniones Josephson de una forma especial, pueden detectarse campos magnéticos
extremadamente débiles. Estos detectores tan sensibles de campos magnéticos
reciben el nombre de SQUID's (Super-conducting Quantum Interference Devices Dispositivos superconductores de interferencia cuántica)
EL EFECTO MEISSNER.
Si un superconductor se refrigera por debajo de su temperatura crítica en el seno de un campo
magnético, el campo rodea al superconductor, pero no penetra en él. Este fenómeno se conoce
con el nombre de Efecto Meissner y fue descubierto en 1933. Sin embargo, si el campo
magnético es demasiado intenso, el superconductor vuelve a su estado normal incluso estando
a una temperatura inferior a su temperatura crítica.
LA DENSIDAD DE CORRIENTE.
Aplicar un campo magnético intenso no es la única manera de destruir la superconductividad,
una vez que el material ha sido refrigerado por debajo de su temperatura crítica. El paso de
una corriente intensa a través de un superconductor también puede hacer que éste pierda sus

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propiedades. La cantidad de corriente que un superconductor puede soportar manteniendo
nula su resistencia se denomina densidad de corriente, la cual se mide en amperios por unidad
de área. Un valor típico de la densidad de corriente en un hilo superconductor es de 100.000
amperios por centímetro cuadrado. Si pasara una corriente más densa por el hilo, éste
ofrecería resistencia.
muchos de los superconductores de alta temperatura son anisótropos, es decir, conducen
mejor en unas direcciones que en otras. Algunos de estos materiales son capaces de conducir
la corriente en una dirección a una velocidad 30 veces superior que en otra.
EL EFECTO JOSEPHSON.
Otra propiedad interesante de los superconductores es el efecto Josephson, que está basado
en otro fenómeno que recibe el nombre de efecto túnel. En una unión formada por una
delgada barrera de óxido colocada entre dos superconductores, se puede producir efecto túnel.
Las caras externas de los dos superconductores se unen entre sí y se mide la corriente que
pasa a través de la unión. Cuando la unión se expone a campos magnéticos o radiación, el
flujo de corriente debido a que algunos electrones atraviesan la barrera de óxido (efecto túnel).
Este efecto puede emplearse en circuitos de computadores, y para detectar campos
magnéticos muy débiles. Estudios muy recientes han demostrado que el efecto Josephson
puede producirse a temperaturas muy superiores a las temperaturas críticas del material
superconductor.
TEORÍAS QUE EXPLICAN LA SUPERCONDUCTIVIDAD
Teoría BCS.
En 1957 tres investigadores, John Bardeen, Leon Cooper y J.R. Schrieffer, publicaron una
teoría que intentaba explicar cómo funcionan los superconductores. Esta teoría recibió el
nombre de teoría BCS, y los tres investigadores fueron galardonados por su trabajo.
La teoría BCS afirma que los electrones que fluyen a través de un superconductor se agrupan
en pares debido a los fonones (Partículas asociadas a las vibraciones de la red cristalina), que
crean una especie de pegamento subatómico. El par de electrones deja una estela al moverse
a través de la red cristalina. Esta estela es aprovechada por los pares siguientes como camino
a través de la red cristalina, evitando colisiones con otras partículas, lo que obstaculizaría el
flujo y generaría resistencia eléctrica (como ocurre con los conductores normales).
Según la teoría BCS, a medida que sube la temperatura del material superconductor,
aumentan las vibraciones de los átomos, que se traducen en vibraciones cada vez mayores de
toda la red cristalina. Esta vibración excesiva provoca la ruptura del par de electrones,
interrumpiéndose la estela del fonón, y causando la perdida de la superconductividad.
La magnitud de las vibraciones de la red está relacionada directamente con la temperatura. El
Cero Absoluto es el punto al cual desaparecen todas las vibraciones. Por tanto, es imposible
alcanzar una temperatura más baja, y de ahí el nombre de "Cero Absoluto". A medida que sube

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la temperatura por encima del Cero Absoluto, la magnitud de las vibraciones aumenta
sistemáticamente. La temperatura que tiene un material es justamente una medida del
movimiento de sus átomos.
El punto de fusión de un material (como por ejemplo el hilo) es simplemente la temperatura de
transición a la cual las vibraciones son tan fuertes, que las fuerzas de cohesión de la estructura
cristalina no son lo suficientemente grandes para mantener los átomos en las posiciones que
ocupan en la red, quedando estos libres para desplazarse.
Como resultado, un sólido rígido (hielo en el caso del agua) se convierte en un líquido. Si la
temperatura sigue subiendo, se alcanza otra temperatura de transición en la que el movimiento
atómico es tan grande que las fuerzas de atracción existentes en el líquido no pueden
mantener a los átomos juntos. En ese momento el material se convierte en un gas.
Debido a que los nuevos superconductores tienen temperaturas criticas bastante superiores al
Cero Absoluto, parece ser que la teoría BCS no explica por qué se produce superconductividad
en estos nuevos materiales. Las temperaturas críticas son demasiado altas para poder suponer
vibraciones reducidas, como ocurre en los antiguos superconductores. Aun así, la mayor parte
de los teóricos creen que los electrones en los superconductores de alta temperatura fluyen
emparejados.
Teoría fundamentada en el excitón.
El excitón, de "electronic excitation", es un mecanismo de interacción más fuerte que los
fonones y puede continuar operando a temperaturas más altas.
Cuando los nuevos superconductores de alta temperatura son enfriados a su temperatura
critica, las vibraciones de la estructura cristalina se sincronizan de tal manera que los
electrones son guiados a través de la red.
Teoría RVB.
Utiliza el concepto de enlace de valencia resonante y se basa en la repulsión electrón-electrón:
a causa de que los electrones tienen la misma carga se repelen entre sí, haciendo que se
prepare ellos mismos su propio camino a través de la red.
Teoría fundamentada en los plasmones.
Atribuye el emparejamiento de electrones a altas temperaturas al mecanismo derivado de
movimientos colectivos de electrones (plasmones).
PLASMA
Al Plasma se le llama a veces "el cuarto estado de la materia", además de los tres conocidos,
sólido, líquido y gas. Es un gas en el que los átomos se han roto, que está formado por
electrones negativos y por iones positivos, átomos que han perdido electrones y han quedado
con una carga eléctrica positiva y que están moviéndose libremente.

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Donde vivimos nosotros, en la baja atmósfera, cualquier átomo que pierde un electrón (p.e.,
cuando es alcanzado por una partícula cósmica rápida) lo recupera pronto o atrapa otro. Pero
la situación a altas temperaturas, como las que existen en el Sol, es muy diferente. Cuanto más
caliente está el gas, más rápido se mueven sus moléculas y átomos, y a muy altas
temperaturas las colisiones entre estos átomos moviéndose muy rápidamente son lo
suficientemente violentas como para liberar los electrones. En la atmósfera solar, una gran
parte de los átomos están permanentemente "ionizados" por estas colisiones y el gas se
comporta como un plasma.
A diferencia de los gases fríos (p.e. el aire a la temperatura ambiente), los plasmas conducen
la electricidad y su comportamiento colectivo. Con esto se entiende que el plasma es capaz en
su conjunto de procesos de generar campos magnéticos y eléctricos, campos a los cuales a su
vez puede reaccionar. La lámpara fluorescente, muy usada en el hogar y en el trabajo, contiene
plasma (su componente principal es el vapor de mercurio) que calienta y agita la electricidad,
mediante la línea de fuerza a la que está conectada la lámpara. La línea hace positivo
eléctricamente a un extremo y el otro negativo causa que los iones (+) se aceleren hacia el
extremo (-), y que los electrones (-) vayan hacia el extremo (+). Las partículas aceleradas
ganan

energía,

colisionan

con

los

átomos, expulsan electrones adicionales
y así mantienen el plasma, incluso
aunque se recombinen partículas. Las
colisiones también hacen que los átomos
emitan luz y, de hecho, esta forma de luz
es más eficiente que las lámparas
tradicionales. Los letreros de neón y las
luces urbanas funcionan por un principio
similar y también se usan (o usaron) en
electrónica.El concepto de plasma fue
usado por primera vez
Langmuir (1881-1957).

por

Irwing

El estado plasmático todavía lo podemos
subdividir en algunos cuantos grupos más:
 Plasma común: las capas de electrones de los átomos son parcialmente deterioradas
(debido a una alta temperatura o presión). Los electrones libres son responsables de
las características plasmáticas de la sustancia en cuestión.
 Plasma termonuclear: Las capas electrónicas de los átomos no existen, la sustancia es
una mezcla de núcleos ―pelados‖ y electrones libres. En éste estado se encuentran el
plasma en los núcleos de las estrellas, donde se da lugar la síntesis TN.
 Plasma de nucleones: Debido a muy altas temperaturas o presiones, los mismos
núcleos atómicos son despedazados. La materia es una mezcla de electrones,
protones y neutrones. Los plasmas nucleónicos se manifestaron a los 10−5 s después
del comienzo del Universo, donde los quarks crearon los primeros protones y
neutrones. Encontramos también este tipo de plasma en las capas exteriores de una
supernova explotando, donde su comienzo desarrolla una onda de choque de gas

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presionado. En ésta capa por un corto tiempo se dan lugar disturbios en las reacciones
termonucleares, que dan lugar a elementos pesados.
 Plasma de Quarks-gluones: en altas energías los nucleones mismos se desmenuzan
en sus constituyentes: los quarks y los gluones. En ese estado se encontraba la
materia quizá hasta el primer décimo de microsegundo después del comienzo del
Universo y artificialmente se logró reproducir este estado de la materia en el CERN en
el año 2000.
Por plasma, sin embargo, algunos autores también entienden algunas partes de la ionósfera,
especialmente la capa F, la cual refleja las ondas de radio y permite la comunicación por radio
a través de la reflexión en la ionósfera. El plasma se encuentra en los cinturones radiantes de
van Allen. El viento solar, una corriente ininterrumpida de partículas desde nuestro Sol, dentro
de la cual también se encuentra nuestra Tierra, es también un plasma. En estado plasmático se
encuentran los núcleos y atmósferas de las estrellas, el núcleo de nuestra galaxia, las
nebulosas y la mayoría de los objetos en el Universo. En la Tierra nos encontramos con el
plasma en los canales de los rayos, en diferentes descargas eléctricas y el plasma es también
creado artificialmente e investigado en los laboratorios:
 plasma láser – tiempo de vida: 10−12 ÷ 10−9 s
 plasma pulsante – tiempo de vida: 10−9 ÷ 10−6 s
 Tokamak – tiempo de vida: 1 s
 plasma frío – tiempo de vida: horas, días, años
APLICACIONES FUTURAS.
En sistemas de potencia.-Los sistemas eléctricos de potencia podrían ser grandes
beneficiarios de la superconductividad. Los sistemas de potencia abarcan todos los sistemas
utilizados para producir y distribuir electricidad. Desde los generadores en las centrales
eléctricas hasta los consumidores individuales, pasando por la red de distribución, los
materiales superconductores podrían ahorrar mucha energía y dinero frente a los sistemas
convencionales. Unos generadores que tuvieran bobinados de hilos superconductores en lugar
de hilos convencionales de cobre podrían generar la misma cantidad de electricidad con menor
trabajo y equipamiento más pequeño. Una vez generada la electricidad, podría distribuirse a
través de una red de líneas de alta tensión superconductoras. Los sistemas actuales de
distribución gastan hasta el 20% de la energía que reciben a causa de su resistencia.
La energía que llega al consumidor podría ser utilizada más eficientemente si los
electrodomésticos tuvieran motores con bobinados superconductores y circuitos electrónicos
con materiales del mismo tipo.
No existen en la actualidad muchas formas de almacenar grandes cantidades de energía. Las
baterías no son adecuadas en muchos casos, debido a su costo, tamaño, volatilidad y gastos
de

mantenimiento.

El

sistema

SMES

(almacenamiento

de

energía

magnética

por

superconducción) podría llegar algún día a proporcionar una forma práctica y eficiente de
almacenar grandes cantidades de electricidad. Unos anillos superconductores gigantes, que se

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podrían situar bajo tierra, serían capaces de almacenar grandes cantidades de energía
eléctrica en prolongados períodos de tiempo.
En electrónica.-De todas las áreas que recibirán el impacto de la superconductividad, la
electrónica será probablemente la primera. La superconductividad permite el diseño y
elaboración de una nueva familia de circuitos integrados con impresionantes prestaciones. El
calor es un enemigo de los circuitos integrados, éstos fallan inmediatamente cuando operan a
temperaturas que exceden sus especificaciones de diseño. Esta es la razón por la cual muchos
aparatos que tienen circuitos de este tipo disponen de ventiladores (como por ejemplo el
ordenador personal). El calor es generado por el flujo de corriente eléctrica. Los diseñadores de
dispositivos electrónicos ponen mucho cuidado en sintetizar y espaciar los circuitos de forma
que el calor generado pueda disiparse sin degradar el funcionamiento del dispositivo.
Empleando superconductores en los diseños, no habría disipación de calor. Así, los circuitos
podrían conectarse más próximos entre sí, lo que además reduciría el tiempo que necesitan las
señales eléctricas para ir de un punto del circuito a otro. Esto permitiría construir dispositivos
más rápidos y complejos que ocupasen además menos volumen.
Otra aplicación de la superconductividad que ha causado gran impacto en la electrónica es la
unión Josephson, la cuales podrían sustituir con éxito al transistor como unidad de conmutación
en computadores de alta velocidad.
Con uniones Josephson, podría construirse un computador mucho más potente que cualquiera
de los supercomputadores que existen en la actualidad y con un volumen mucho menor.
En ciencia y medicina.-Un uso de los electroimanes superconductores en el laboratorio sería
para la construcción de "botellas magnéticas" capaces de contener una reacción de fusión. En
una reacción de fusión se combinan átomos entre sí, liberándose energía (el mismo método
que emplean las estrellas). Los reactores de fisión nuclear utilizados en la actualidad
descomponen los átomos para generar energía, dejando residuos radiactivos. Los reactores de
fusión no son residuales, sin embargo, las reacciones de fusión son tan violentas y desprenden
tanto calor que aún no se conoce ningún material capaz de contenerla. Los físicos confían en
que los futuros imanes superconductores podrán generar campos magnéticos capaces de
confinar estas reacciones.
En medicina la superconductividad sería útil para el mejoramiento en la construcción de
equipos de generación de imágenes a partir de resonancia magnética.
En transporte.-La superconductividad puede afectar a los medios de transporte de muchas
formas. Se podrían emplear compactos electroimanes superconductores para hacer levitar a
los trenes por encima de sus raíces. Estos trenes MagLev (levitados magnéticamente) podrían
flotar en un campo magnético mientras son impulsados a velocidades dos veces superiores a
las de cualquier tren existente en la actualidad. Eficientes motores superconductores podrían
crear una nueva gama de vehículos, barcos y submarinos eléctricos.
En defensa.-Los militares orientan sus investigaciones hacia distintos aspectos de la
superconductividad. Lanzaderas de mísiles con guías superconductoras podrían sustituir a los

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proyectiles explosivos, y motores superconductores permitirían a los submarinos operar mucho
más silenciosamente, haciendo más difícil su detección. También podrían mejorarse las
prestaciones de todo tipo de detectores, haciéndolos más sensibles en rangos de operación
más amplios.
Líneas de Investigación
Esfuerzos por subir la temperatura crítica de los diferentes materiales.
Algunos laboratorios que han anunciado superconductores a temperatura ambiente en
zonas muy localizadas de los materiales intentan aislar y caracterizar las zonas
superconductoras de estos con la intención de crear un material uniforme.
Se intenta aumentar la densidad de corriente con la intención de emplearlos en
aplicaciones de alta potencia.
Se está investigando para superar las limitaciones que presentan los actuales
superconductores de alta temperatura por sus propiedades mecánicas, ya que se trata
de compuestos cerámicos bastante duros lo que dificulta su manufacturado de
maneras útiles, como hilos, cintas, y películas delgadas.
El gobierno de Estados Unidos esta subvencionando distintos proyectos de investigación en
nuevas aplicaciones prácticas de los superconductores.
En Estados Unidos el Departamento de Nuevas Ciencias y Tecnologías investiga para usar la
superconductividad para mejorar los sensores infrarrojos especiales de detección de mísiles.
También está interesado en un sistema de almacenamiento de energía en grandes cantidades
para los sistemas de láseres terrestres de gran potencia.
El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) trabaja en el desarrollo de hilos
superconductores, ya tiene una base de datos especializada para el uso de los científicos
estadounidenses.
BIOTECNOLOGÍA
La biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y
organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos
para usos específicos (Convention on Biological Diversity, Article 2. Use of Terms, United
Nations. 1992).Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl
Ereky, en 1919.
Aplicaciones
Se suelen clasificar como:
1. Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos.
Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos, el desarrollo
de vacunas y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias
regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a
través de la terapia génica.

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2. Biotecnología blanca: conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a
procesos industriales. Un ejemplo de ello es el diseño de microorganismos para
producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya
sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos
peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas). También se aplica a los usos de
la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales, como
plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo
es la creación de productos fácilmente degradables, que consuman menos energía y
generen menos deshechos durante su producción. La biotecnología blanca tiende a
consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir
bienes industriales.
3. Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo
de ello es el diseño de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones
ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera
que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con el medio ambiente
que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la
ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la
necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt. Si los
productos de la biotecnología verde como éste son más respetuosos con el medio
ambiente o no, es un tema de debate.
4. Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término utilizado
para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos.
Aún en una fase temprana de desarrollo sus aplicaciones son prometedoras para la
acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.
Biocombustible
Bioetanol: es el producto que identifica al etanol o
alcohol etílico obtenido
combustible.

de biomasa

para uso

Biodiesel: es un producto combustible que se
compone de ésteres metílicos o etílicos de los aceites
vegetales, grasas animales o aceites comestibles en
desuso, obtenidos por reacción química de los
mismos con metanol o etanol respectivamente.
Antecedentes:
 Producción mundial de bioetanol: 22 millones de m3.
 Producción mundial de biodiesel: 3,6 millones de m3.
 Consumo país de energías primarias: 34% petróleo, 21%hidroelectricidad, 21% gas
natural y otros gases, 14% leña y otros, 10% carbón.
 Chile importa 72% de la energía.
 98% de petróleo.
 96% del carbón.

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 75% del gas natural.
Biodiesel de Microalgas
Líneas de Investigación
 Selección y mejoramiento genético de microalgas
oleaginosas nativas.
 Optimización de parámetros

de

cultivo

para

la

producción de biodiesel en cepas seleccionadas.
 Estudio de rutas metabólicas para la producción de
lípidos en microalgas.
 Diseño, implementación, optimización y escalamiento
de foto-biorreactores.
 Producción de biodiesel y biohidrógeno a partir de
microalgas.
 Producción

de

bioetanol

y biogas

a

partir

de

cultivos

de

macroalgas.
 Mitigación

de

CO2

por

medio

de

microalgas.
 Aprovechamiento de subproductos del proceso de
producción de biocombustibles algales bajo el modelo
de biorefinería.
 Diseño y predicción de modelos económicos para
biocombustibles algales.
ADN
El ADN es la sigla empleada para el Ácido DesoxiriboNucleico. Este corresponde al material
genético que está presente en cada célula de los organismos vivos. Está presente en algunos
virus (otros virus tiene ARN), algas, plantas, árboles, animales y el hombre. El ADN se forma
por cuatro nucleótidos (letras) que son Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T).
Esta información se encuentra
en el núcleo de la célula y es
lo

que

conocemos

como

genoma. Una característica de
gran interés es que las bases
del ADN son las mismas en
todos los organismos vivos,
pero varía el orden en que se
disponen estas letras y la
cantidad de ellas presentes en
el núcleo. Es así que los virus
tienen

muy

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poco

ADN

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comprado con el hombre. A su vez, no debemos engañarnos, ya que muchas plantas tienen
mucho más ADN que el hombre.
Si pensamos en el pino tiene cerca de 9 veces más ADN que el hombre. Dentro del ADN hay
diferentes funciones, algunas letras (secuencias) son responsables que existan los genes. Por
ejemplo la insulina es una proteína, cuya información se encuentra en el núcleo. Del total del
ADN de un organismo, se cree que sólo un 20% es funcional, es decir está involucrado en
generar proteínas o cumplir una función en la célula. A medida que se vaya descifrando un
mayor número de genomas será posible conocer la función de las diferentes partes del
genoma.
Ingeniería genética

La ingeniería genética es la tecnología que permite tener ADNr. La ingeniería genética puede
definirse como "La manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis
genético o al mejoramiento de una especie". La generación del ADNr puede tener diferentes
fines, el más común es determinar la función o rol que tendría un gen. Por ejemplo, si
asumimos que tenemos un fragmento de ADN y creemos que es responsable de la producción
del color azul en flores, podemos insertar ese fragmento en una planta que produce flores
blancas. Si al dejar crecer esta planta genera flores azules, entonces sabremos que ese gen es
el culpable del color azul. Las aplicaciones más comunes de esta tecnología la encontramos en
el área de la farmacología. Muchas proteínas, que son necesarias para el buen funcionamiento
del hombre (por ejemplo insulina, en el caso de diabéticos) se pueden producir en
microorganismos a gran escala y bajo costo. Una ventaja enorme es que por esta metodología
tendremos la insulina humana, con una gran pureza. Hoy en día se sintetizan más de 200
fármacos por medio de ADNR.
Según French Anderson (60 años), pionero de la terapia genética, "ya existe toda la base
científica necesaria, pero no tendremos hasta dentro de 10 o 5 años la eficiencia y seguridad
para llevar a cabo transferencias genéticas en forma ética".

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La ingeniería genética tiene un gran potencial en las diferentes áreas de la biotecnología. Ya
mencionábamos el caso de la insulina, beneficio directo para el hombre. Un área de uso y que
representa sólo el 10% de la tecnología del ADNr, es en el sector agrícola. Es posible obtener
plantas que posean una característica de interés, por ejemplo plantas que producen una toxina
para insectos (maíz Bt), arroz enriquecido con vitamina (arroz dorado), cultivos que en el futuro
sean capaces de actuar como biorreactores y producir fármacos, etc. Desde 1996, se están
comercializando plantas genéticamente modificadas en el mundo, especialmente en Estados
Unidos, Argentina, Brasil y Canadá.
En el área pecuaria, ya hay algunos ejemplos de animales genéticamente modificados y lo
mismo en el caso de los peces, donde hay mucha investigación, pero todavía no se
comercializan
ADN RECOMBINANTE
El

ADN

recombinante,

o

ADN

recombinado, es una molécula de ADN
artificial formada de manera deliberada in
vitro por la unión de secuencias de ADN
provenientes

de

dos

organismos

de

especies diferentes que normalmente no
se encuentran juntos. Al introducirse este
ADN recombinante en un organismo, se
produce una modificación genética que
permite la adición de un nuevo ADN al
organismo, conllevando a la modificación
de rasgos existentes o la expresión de
nuevos rasgos. La producción de una
proteína no presente en un organismo determinado y producidas a partir de ADN recombinante,
se llaman proteínas recombinantes.
El ADN recombinante es resultado del uso de diversas técnicas que los biólogos moleculares
utilizan para manipular las moléculas de ADN y difiere de la recombinación genética que ocurre
sin intervención dentro de la célula. El proceso consiste en tomar una molécula de ADN de un
organismo, sea virus, planta o una bacteria y en el laboratorio manipularla y ponerla de nuevo
dentro de otro organismo. Esto se puede hacer para estudiar la expresión de un gen, para
producir proteínas en el tratamiento de una enfermedad genética, vacunas o con fines
económicos y científicos
Procedimiento
El proceso de producción de un ADN recombinante comienza con la identificación desde un
organismo de una secuencia de ADN de interés con el fin de propagarlo en otro organismo que
carece de la secuencia y, por ende, del producto proteico de esa secuencia de ADN.2 Así se
pueden producir cantidades ilimitadas de la proteína codificada por el susodicho gen. En
términos simples, el procedimiento consiste en:
Localización de genes y sus funciones.
Clonación del ADN, y su posterior almacenamiento en genotecas.

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Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Utilización de vectores de expresión.

Aplicaciones
El vector que se utiliza contiene secuencias de ADN que al ser replicadas confieren resistencia
a antibióticos específicos. Esta técnica ha sido ampliamente utilizada en el campo de la
medicina y ha permitido el desarrollo de importantes avances terapéuticos como por ejemplo la
producción de insulina recombinante.
Permite además la posibilidad de utilizar plantas y alimentos transgénicos, así como
microorganismos modificados genéticamente para producir fármacos u otros productos de
utilidad para el hombre, entre los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del
crecimiento, interferones, la obtención de nuevas vacunas o la clonación de animales. El uso
de ADN recombinantes puede también tener un impacto perjudicial que un uso inadecuado
podría provocar en el ser humano y en el propio planeta.
Con el uso de ADN recombinante se ha logrado obtener plantas transgénicas resistentes a
insectos, hongos, bacterias y herbicidas, con mejores características de calidad durante pos
cosecha y con alto contenido nutricional. También ha permitido la clonación, expresión y
producción mediante esta técnica de diversos antígenos, por ejemplo, la vacuna contra la
hepatitis B y la vacuna contra el virus del papiloma humano.

Producción y terapia con proteínas recombinantes.- Las proteínas recombinantes son aquellas
que se producen mediante la técnica del ADN recombinante, es decir, expresando un gen de
un organismo en otro organismo distinto. Para que estas proteínas sean útiles desde el punto
de vista terapéutico tienen que conservar su actividad. Además, se debe evitar que sean
inmunogénicas para el ser humano. Para ello es importante decidir para cada proteína
recombinante cual es el organismo de expresión más adecuado.
Producción en bacterias.- Estas proteínas recombinantes han intentado expresarse en
bacterias como E. coli, ya que son fáciles de mantener, crecen rápido y se conoce bien su
genoma. Sin embargo, el mayor problema que presenta la producción en bacterias es que en
ellas no existe glicosilación proteica, por lo que algunas proteínas producidas en bacterias
pierden totalmente su función. Aun así se han logrado producir con éxito algunas proteínas
recombinantes en bacterias. La primera proteína recombinante que se produjo en E. coli fue la

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somatostatina, una hormona anti-crecimiento de 14 aminoácidos. Sin embargo, aunque desde
el punto de vista científico fue un éxito, desde el punto de vista económico fue un fracaso, ya
que su utilidad estaba reducida a personas con problemas de gigantismo y similares, que son
poco comunes. Posteriormente se logró un gran éxito en este campo mediante la producción
de insulina en bacterias. La insulina presenta la ventaja de no necesitar modificaciones
postraduccionales, por lo que se evita este problema de su producción en bacterias. Además,
la diabetes es una enfermedad muy frecuente en la sociedad, con unos 347 millones de
diabéticos. En EEUU el 6% de la población (20 millones de habitantes) son diabéticos y esta
enfermedad es la 6ª causa de muerte. Antes de esta producción en bacterias, se usaba insulina
porcina.
Producción en levaduras.- Al ser células eucariotas y por lo tanto más similares a las humanas
que las bacterias y ser muy fáciles de emplear industrialmente, las levaduras constituyen otro
grupo de organismos susceptibles de producir proteínas recombinantes para uso humano. Sin
embargo, aunque sí presentan glicosilación proteica, al contrario que las bacterias, esta es
totalmente distinta a la humana, por lo que estas proteínas presentan problemas, en muchos
casos incluso inmunogénicos.
Producción en células de insecto.- Más cercanas aún a las células humanas que las levaduras
son las de insecto, como las de Spodoptera frugiperda (una polilla parásito del maíz y del
algodón), que se cultivan fácilmente in Vitro, aunque el medio de cultivo es caro. Dicho medio,
además, no contiene suero, lo que hace más fácil el procesado de la proteína. Otra de las
propuestas ha sido el uso no de células de insecto, sino de los insectos completos para la
producción de estas proteínas. Para ello se infectan a los insectos con baculovirus modificados
(que además no infectan a los seres humanos) para que expresen la proteína recombinante.
Sin embargo, este sistema presenta exactamente el mismo problema que el de levaduras: que
las células de insecto presentan glicosilación, pero esta es totalmente distinta a la de
mamíferos.
Producción en células de mamífero.- Al ser células más parecidas a las humanas, el
procesamiento que sufren las proteínas recombinantes producidas en células de mamífero
también es más similar, por lo que se conserva su función (aunque puede haber ligeros
cambios en el patrón de glicosilación). Los inconvenientes de este método es que el
crecimiento celular es más lento, tardando de 6 a 24 horas en duplicarse las células, que los
cultivos pueden sufrir contaminación de bacterias u hongos y que se puede contaminar el
producto con virus que infecten a humanos. Para la producción en mamíferos se usan las
células CHO, de ovario de ratón chino, que presentan la ventaja de que crecen bien y existen
gran cantidad de mutantes de glicosilación. Además, se está intentando que los animales
secreten estas proteínas en la orina, en la leche, etc.
CLONACIÓN
La clonación puede definirse como el
proceso por el que se consiguen copias
idénticas
de
un
organismo
ya
desarrollado, de forma asexual. Estas dos
características son importantes:
Se parte de un animal ya desarrollado,
porque la clonación responde a un interés
por obtener copias de un determinado
animal que nos interesa, y sólo cuando es

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adulto conocemos sus características.
Por otro lado, se trata de hacerlo de forma asexual. La reproducción sexual no nos permite
obtener copias idénticas, ya que este tipo de reproducción por su misma naturaleza genera
diversidad.
Cada célula contiene toda la información sobre cómo es y cómo se desarrolla todo el
organismo del que forma parte.
Todas las células de un individuo derivan de una célula inicial, el embrión unicelular o zigoto.
Esta célula peculiar, que es ya una nueva vida, se obtiene de forma natural por la fusión de las
células reproductoras, óvulo y espermatozoide, cada una de las cuales aporta la mitad del
material genético (la mitad de los planos). En el zigoto tenemos ya la información de cómo va a
ser el nuevo organismo: su sexo, sus características físicas, todo: los planos completos. A partir
de ese momento esa información se ira convirtiendo rápidamente en realidad por dos procesos:
la división celular y la especialización de las células.






El zigoto empieza dividiéndose en células que a su vez vuelven a dividirse. Así el
embrión va creciendo: primero consta una sola célula, que se divide en dos, y luego en
4, 8, 16, etc. En cada división se hace una copia del ADN presente al inicio (fotocopias
de los planos), para que cada célula tenga la información de cómo es todo el individuo.
Millones de divisiones después, tendremos un organismo desarrollado compuesto de
millones de células que tienen todas ellas toda la información, la misma contenida en el
zigoto.
Conforme aumenta el número de células estas van especializándose y adquiriendo
diferentes funciones. En las primeras etapas de la vida del embrión las células que lo
constituyen no tienen unas características concretas, están poco especializadas, pero
por eso mismo tienen mucha potencialidad: son capaces de transformarse en cualquier
tipo celular, o incluso -en las primeras etapas- de dar lugar a un nuevo organismo. En
el organismo adulto, sin embargo, las células ya tienen funciones bien definidas y
pierden potencialidad. Esta especialización o diferenciación celular, viene determinada
por el uso del ADN: cada célula utiliza sólo la parte del ADN que corresponde a su
función. De modo que, aunque cada célula tenga toda la información, no la utiliza toda,
sino sólo la parte que le corresponde.
Una precisión sobre las células reproductoras, óvulos y espermatozoides. Son una
excepción a lo dicho hasta ahora, porque su material genético, su ADN, no es igual al
del resto de las células del organismo: tienen la mitad de moléculas de ADN, para que
al fusionarse con las aportadas por la otra célula reproductora den lugar a una dotación
genética completa; y, además, cada célula reproductora de un mismo organismo recibe
una mitad diferente del ADN característico de ese individuo. Ese es el origen de la
diversidad en la reproducción sexual y la razón por la cual cualquier embrión producido
por fecundación es una incógnita: hasta que crezca no conoceremos sus
características.

Teniendo todo esto en cuenta, cualquier célula del organismo adulto (células somáticas, no
reproductoras) puede servir teóricamente para obtener un nuevo ser vivo de las mismas
características, ya que tiene en su ADN la información de cómo es y cómo se desarrolla ese
determinado organismo. Se trataría de tomar una célula cualquiera, exceptuando las células
reproductoras que tienen una dotación incompleta, y conseguir que esa información se
exprese, se ponga en funcionamiento y nos produzca otro ser. Clonar consistiría por tanto en
reprogramar una célula somática para que empiece el programa embrionario. Una vez
comenzado su desarrollo se implantaría en un útero, ya que de momento no es posible que los
embriones lleguen a término fuera de un útero.

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Además, disponemos de tecnología adecuada, tanto para conseguir que las células vivan y
crezcan fuera del cuerpo, mediante las llamadas técnicas de cultivo celular, como para
implantar con éxito embriones generados in vitro, por las técnicas de manipulación de
embriones.

Dolly ha sido el primer animal clonado, es decir, generado a partir de una célula diferenciada o
somática, sin que hubiese fecundación. Esa célula procedía de un cultivo de células obtenidas
a partir de la ubre de la oveja que se quería clonar. Como hemos dicho antes, las células de un
determinado tejido cuando se mantienen vivas fuera del cuerpo -en cultivo-, no dan
espontáneamente embriones, sino más células diferenciadas como ellas: no ―recuerdan‖ cómo
se lleva a cabo el programa embrionario.
Para lograr que una de esas células ―recuperase la memoria‖ y diera lugar a un nuevo ser, se
recurrió a una técnica denominada transferencia nuclear : se tomó el núcleo de esa célula, que
es la parte que contiene el ADN y por tanto la información, y se fusionó con el citoplasma de un
óvulo procedente de otra oveja, al que previamente se había eliminado el núcleo. Se utilizó un
óvulo porque es una célula equipada para el desarrollo embrionario, y su citoplasma (el
contenido que rodea al núcleo) vendría a ser de algún modo el entorno adecuado para que el
núcleo de la célula adulta se reprogramara. Y, en efecto, así fue: esa célula se transformó en
un embrión unicelular y comenzó el sofisticado programa embrionario, de manera idéntica al
que se obtiene por la fusión de un óvulo y un espermatozoide. Tras unos días de crecimiento in
vitro el embrión se implantó en una madre de alquiler y 148 días después nació Dolly, una
oveja genéticamente idéntica a la de partida.
El proceso de obtención de Dolly fue muy costoso, y en la actualidad no se ha mejorado
mucho. Dolly fue el único resultado positivo de 277 intentos, a partir de los cuales se
consiguieron 29 embriones, muchos de estos no llegaron a desarrollarse y otros murieron al
poco de nacer.
Con todo, Dolly fue un logro científico muy importante. Demostró que hay más de un modo de
obtener nuevos animales. Por un lado tendríamos la reproducción natural, que es sexual y que
produce diversidad; y, por otro, la clonación: una reproducción artificial, asexual, y que da lugar
a individuos idénticos.
Desde el punto de vista técnico, los animales clonados también han presentado problemas:
además de presentar un porcentaje mayor de malformaciones, padecen con frecuencia un

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síndrome que se manifiesta en que su tamaño es mayor de lo normal, y que tiene
consecuencias negativas para su salud y desarrollo.
Existen alternativas a la clonación humana con fines terapéuticos que no presentan objeciones
éticas tan serias. La más interesante es la posibilidad de conseguir células madre de origen no
embrionario.
En el cuerpo humano existen células madre de adulto que son precursoras de otros tipos
celulares: células menos especializadas que podrían dar lugar a varios tipos de células. En los
últimos años se ha descubierto que estas células son mucho más versátiles de lo que se
pensaba. Si se ponen en cultivo y se tratan con diversos factores puede hacerse que se
diferencien hacia tipos celulares muy diferentes de aquellos a los que habitualmente dan lugar
en el cuerpo. Por ejemplo, a partir de células de médula ósea se han conseguido células de
músculo, hueso, células nerviosas, hepatocitos, etc.Las células madre se encuentran en el
adulto en la médula ósea, el sistema nervioso y órganos diversos.
También pueden obtenerse células madre del cordón umbilical y de la placenta del recién
nacido. Como ya hemos indicado, placenta y cordón umbilical proceden del embrión y sus
células tampoco provocarían rechazo.
Utilizar esas células para auto-transplantes no presentaría ningún inconveniente ético, ya que
no habría una nueva vida implicada. Otras posibilidades serían la modificación genética de
células madre procedentes de otras personas para que no provocaran rechazo, o la existencia
de bancos de células a los que se pudiera acudir para buscar células compatibles con la
persona que las va a recibir.
En definitiva: hay muchas vías terapéuticas que van haciéndose posibles por el desarrollo de la
ciencia y que no vulneran el respeto debido a la vida humana en todas las fases de su
desarrollo. Es deber de todos defender la vida humana y fomentar que se canalicen los
esfuerzos de la investigación hacia lo que son verdaderos avances.

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PRODUCTOS TRANSGÉNICOS
Un organismo transgénico o un organismo modificado genéticamente (OMG) es aquel
organismo al que se ha alterado la información genética propia con la adición de muy pocos
genes (generalmente uno) procedentes de otro organismo, normalmente de otra especie.
La aplicación de la ingeniería genética entre las especies implica muy pocos cambios
fundamentales con respecto a las técnicas tradicionales; sin embargo, es una tecnología
revolucionaria puesto que permite identificar, aislar e introducir un determinado gen o genes en
un organismo de una forma directa y controlada.
Hay productos transgénicos de origen vegetal, animal y fermentados (pan, cerveza, derivados
lácteos, etc.). En el mundo vegetal se estudia la incorporación de genes que proporcionan
resistencia a plagas y patógenos, retraso en el proceso de maduración, soportar las
condiciones ambientales extremas, aumento del valor nutricional de algún alimento, etc. Pero
en el campo animal, los avances se realizan de una forma más lenta puesto que los cambios
en animales implican mayores repercusiones éticas y sociales.
Salud personal:
Los alimentos transgénicos que se han comercializado no son más peligrosos para la salud
que los convencionales de los que proceden, ya que cualquier alimento modificado
genéticamente, antes de obtener su autorización para su puesta en el mercado, ha de pasar
una serie de estudios estrictos, entre ellos pruebas toxicológicas, para descartar cualquier
riesgo sanitario. Pueden pasar de unos 4 a 5 años. Estudios minuciosos demuestran que el
contenido nutricional del alimento es el mismo que el de origen y que no se han producido
aumentos de ninguna sustancia toxica ni de su potencial alergénico.
Hoy en día son 4 los principales cultivos OGM, maíz, algodón, soya y canola, ya sea para
resistencia a insectos o tolerancia a herbicidas o en algunos casos poseen ambas
características. Sin embargo, hay 22 cultivos OGM diferentes que se comercializan en el
mundo. Un ejemplo serían galletas que son fabricadas con harina de soya OGM. A la fecha no
se ha demostrado ningún daño a la salud por el consumo de este tipo de alimentos.

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En muchos procesos para producir alimentos, como en el caso del queso, se emplean enzimas
que son producto de la tecnología del ADNr, pero estos productos no son denominados
transgénicos.
ERA

1

GENERACIÓN

Biotecnología de ―primera generación, tradicional, antigua, empírica o pre Pasteur ―que cubre
procesos como la elaboración de bebidas alcohólicas, vinagre, productos lácteos, alimentos
fermentados tradicionales, etc. En general procesos desarrollados en épocas tan remotas que
ni siquiera se tiene un registro histórico claro de su surgimiento y evolución temprana. En esa
época, la biotecnología se refiere a las prácticas empíricas de selección de animales, plantas y
sus cruzas, y a la fermentación como un proceso para preservar y enriquecer el contenido
proteico de los alimentos. Este periodo se extiende hasta la segunda mitad del siglo XIX.
DA

2 GENERACIÓN
Biotecnología de ―Segunda generación o industrial‖ es aquella que se desarrolla a partir de la
segunda mitad del siglo XIX, con los conocimientos incipientes de la microbiología y la
bioquímica, y que culmina con la consolidación de la ingeniería bioquímica. Para algunos
autores este periodo se divide en dos etapas: correspondiente al desarrollo inicial de la
microbiología y la bioquímica. (Etapa denominada ―era de Pasteur‖ o segunda generación) y la
segunda corresponde al surgimiento de la ingeniería bioquímica (―era de los antibióticos‖ o
tercera generación) Una segunda etapa del desarrollo de la biotecnología se inicia con los
trabajos de Louis Pasteur (1822-1895) en la identificación de los microorganismos causantes
de la fermentación en la segunda mitad del siglo XIX, lo que contribuyó a impulsar la
incorporación de la técnica de fermentación en algunas áreas industriales.
Otro investigador de esta etapa Robert koch (1843-1910) que también hizo importantes
aportaciones a la bacteriología. La tercera época en la historia de la biotecnología se
caracteriza por desarrollos en cierto sentido puestos, ya que por un lado la expansión
vertiginosa de la industria petroquímica tiende a desplazar los procesos biotecnológicos de la
fermentación, y por otro lado el descubrimiento de la penicilina por Fleming en el año 1928
sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos a partir de la década de los
años cuarenta. Ingenio la obtención de productos de utilidad incuestionable, que continúan
siendo indispensables para la vida de la humanidad, ejemplo de estos productos son: los
antibióticos, las vacunas naturales, vitaminas, proteínas unicelulares, enzimas, polisacáridos,
alcohol industrial, entre otros. Destaca el descubrimiento de la estructura helicoidal del ADN por
Cricky Watson en 1953, seguido por los procesos que permiten la inmovilización de las
enzimas, los primeros experimentos de ingeniería genética realizados por Cohen y Boyer en
1973 y la aplicación en 1975 de la técnica del hibridoma para la producción de anticuerpos
monoclonales, gracias a los trabajos de Milstein y Kohler
ERA

3 GENERACIÓN
Es la que se sirve de las técnicas de ADN recombinante para realizar la mejora de los seres
vivos, con miras a su utilización. El impacto del ADN recombinante ha sido profundo. Se habla
hoy, por tanto, de que nos encontramos en la era de la biotecnología. Se combinan las
Ciencias de la Información con la Biología y surge la Bioinformática desarrollándose una nueva
plataforma de trabajo en la búsqueda de nuevos productos, y donde la satisfacción del hombre
sigue siendo el principal objetivo.
Como resultado de este desarrollo se acelera el descifrado de genoma completos de
organismos, lo que unidos a la aplicación de la geonómica y la proteómica genera una enorme
cantidad de datos que proporcionan la información de las bases moleculares de los fenómenos
y el camino para el diseño racional de moléculas.

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La terapia génica, los medicamentos dirigidos, la obtención de órganos y organismos productos
de la clonación y otros productos altamente novedosos son representativos de esta época.

ETAPA
Primera
generación

QUESO
Uso empírico de bacterias lácticas.

Uso empírico de quimosina

CERVEZA
Uso empírico de levaduras.
Proceso empírico de malteado.

Segunda
generación

Aislamiento y uso de bacterias lácticas.

Uso de cultivos de levaduras.

Extracción, purificación y caracterización
de la quimosina.

Esclarecimiento de la naturaleza
enzimática del malteado.
Uso de papaína para la
clarificación en frio.

Tercera
generación

Propagación masiva de bacterias lácticas.

Mejor control de la fermentación.

Selección de cultivos lácticos mejorados.
Sustitución de quimosina por proteasas
microbianas producidas en gran escala.

Fermentación continua para la
producción de cerveza.
Producción y uso de amilasas
microbianas para sacarificación y
deb-glucanasas.
Uso de enzimas para la producción
de cervezas ligeras

Cuarta
generación

Tecnología del ADN recombinante para la
producción de quimosina y mejoramiento
de bacterias lácticas.

Ingeniería genética para la
obtención de levaduras
amilolíticas.

Utilización óptima de enzimas y
microorganismos para la maduración
acelerada y generación de sabores.

Ingeniería genética y cultivo de
tejidos para el mejoramiento de la
cebada.
Procesos con microorganismos y
enzimas inmovilizadas.

FIBRA ÓPTICA

La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio
flexibles o silicio fundido que conduce la luz. Se
requieren dos filamentos para una comunicación
bi-direccional: TX y RX.
El grosor del filamento es comparable al grosor de
un cabello humano, es decir, aproximadamente de
0,1 mm. En cada filamento de fibra óptica
podemos apreciar 3 componentes:
La fuente de luz: LED o laser.
el medio transmisor : fibra óptica.
el detector de luz: fotodiodo.
La fibra óptica llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos
de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin
interrupción.Convencionalmente, un pulso de luz indica un bit 1 y la ausencia de luz indica un
bit 0. El detector genera un pulso eléctrico cuando la luz incide en él.

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Las fibras ópticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre convencionales, tanto en
pequeños ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento de datos de aviones),
como en grandes redes geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas mantenidos
por compañías telefónicas).
El concepto de las comunicaciones por ondas luminosas ha sido conocido por muchos años.
sin embargo, no fue hasta mediados de los años setenta que se publicaron los resultados del
trabajo teórico. éstos indicaban que era posible confiar un haz luminoso en una fibra
transparente flexible y proveer así un análogo óptico de la señalización por alambres
electrónicamente. el problema técnico que se había de resolver para el avance de la fibra
óptica residía en las fibras mismas, que absorbían luz que dificultaba el proceso. para la
comunicación práctica, la fibra óptica debe transmitir
señales luminosas detectables por muchos
kilómetros. el vidrio ordinario tiene un haz luminoso
de pocos metros. se han desollado nuevos vidrios
muy puros con transparencias mucho mayores que
la del vidrio ordinario. estos vidrios empezaron a
producirse a principios de los setenta. este gran
avance dio ímpetu a la industria de fibras ópticas. se
usaron láseres o diodos emisores de luz como fuente
luminosa en los cables de fibras ópticas. ambos han
de ser miniaturizados para componentes de sistemas
fibro-ópticos, lo que ha exigido considerable labor de
investigación y desarrollo. los láseres generan luz "coherente" intensa que permanece en un
camino sumamente estrecho. los diodos emiten luz "incoherente" que ni es fuerte ni
concentrada. lo que se debe usar depende de los requisitos técnicos para diseñar el circuito de
fibras ópticas dado.
La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en
comparación con el cobre. con unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente
43 kilómetros de fibra óptica.

los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. el
núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz. consiste en una o varias
hebras delgadas de vidrio o de plástico con diámetro de 50 a 125 micras. el revestimiento es la
parte que rodea y protege al núcleo. el conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez
rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la
humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.

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El despliegue tiene en general tres tipos de trazado fundamentales: ruta carretera, vía

ferroviaria o líneas de alta tensión.
VENTAJAS :
 Insensibilidad a la interferencia electromagnética, como ocurre cuando un alambre
telefónico pierde parte de su señal a otro.
 Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede ser
perturbada.
 Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar sacudidas ni otros
peligros. Son convenientes por lo tanto para trabajar en ambientes explosivos.
 Liviandad y reducido tamaño del cable capaz de llevar un gran número de señales.
 Sin puesta a tierra de señales, como ocurre con alambres de cobre que quedan en
contacto con ambientes metálicos.
 Compatibilidad con la tecnología digital.
 Fácil de instalar.
DESVENTAJAS :





El costo.
Fragilidad de las fibras.
Disponibilidad limitada de conectores.
Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo.

APLICACIONES COMERCIALES :








Portadores comunes telefónicos y no telefónicos.
Televisión por cable.
Enlaces y bucles locales de estaciones terrestres.
Automatización industrial.
Controles de procesos.
Aplicaciones de computadora.
Aplicaciones militares.

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CONCLUSIONES:

 Los materiales descubiertos en los últimos tiempos revolucionan a pasos agigantados
las distintas disciplinas científicas como también en lo cotidiano de nuestras vidas, en
muchos casos no sabemos que instrumentos o elementos se utilizan para hacernos la
vida más sencillas y más social, en algunos casos, utilizando mejor nuestro tiempo y
nuestros recursos, logrando un desarrollo sostenible personal y a nivel poblacional.
 La investigación y lograr conocer las propiedades de nuevos materiales podrían lograr
que el ser humano reconstruya lo que poco a poco destruimos a causa de la falta de
reciclaje, ni de la utilización de materiales biodegradables, el capitalismo exagerado y
desmedido que en otras épocas se ha llevado a cabo y el boom minero ilegal y no
contralado a dañando sin medir consecuencias irreversibles nuestro único lugar
seguro y necesario el planeta.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

 http://www.diariodeciencias.com.ar/?seccion=noticias&idpost=2258
 http://www.fundamenta.cl/vive/nanocelulosa-material-del-futuro/
 http://blogthinkbig.com/nanocelulosa-grafeno-material-prodigio/
 http://enroquedeciencia.blogspot.com/2010/10/que-es-el-grafeno-ii.html
 http://www.metrolight-es.com/catalogo_leds_quees.htm
 http://users.dcc.uchile.cl/~roseguel/celdasolar.html
 http://pe.tuhistory.com/zona-de-tecnologia/decada-del-50/superconductores.html
 http://pe.tuhistory.com/zona-de-tecnologia/decada-del-50/nanotubos-de-carbono.html
 http://digital.csic.es/bitstream/10261/32750/1/IyC-2010-Sept-Paco%20Guinea-1.pdf
 http://www.elmundo.es/elmundo/2012/04/13/nanotecnologia/1334331314.html
 http://www.centrobiotecnologia.cl/index.php/areas/biocombustibles?task=view

 http://www.gestiopolis.com/recursos/experto/catsexp/pagans/eco/21/transgenicos.h
tm
 http://docente.ucol.mx/al944712/public_html/fib_opt.htm

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