Presentació sobre l'experiment amb nanomaterials naturals utilitzada en el curs de formació de professorat entorn a nanotecnologies.

1. Dossier de formació en nanotecnologies
per als professors
Mòdul experimental
Un dossier de formació integral per als professors
Experiment A
Judith Linacero, Plataforma de Nanotecnologia, PCB
Luisa Filipponi, iNANO, Universitat d’Aarhus
Aquest document ha estat creat en el context del projecte NANOYOU (WP4, tasca 4.1). Tota la informació es proporciona tal com apareix aquí, i no es
dóna cap garantia que la informació sigui adequada per a cap propòsit concret. L’usuari de la informació en fa ús sota la seva pròpia responsabilitat. El
document reflecteix únicament les opinions dels seus autors, i la Comissió Europea no es fa responsable de la utilització que es pugui fer de la
informació que conté.

2. Abans d’utilitzar aquesta presentació
Aquesta presentació en PowerPoint forma part del mòdul experimental del dossier de formació en
nanotecnologies per als professors elaborat per NANOYOU. AQUEST PAQUET DE L’EXPERIMENT A INCLOU
EL MATERIAL SEGÜENT:
Per al professor:
EXPERIMENT A - DOCUMENT PER AL PROFESSOR
Per als estudiants:*
EXPERIMENT A - LECTURES INTRODUCTÒRIES PER ALS ESTUDIANTS
EXPERIMENT A - QUADERN DE TREBALL DE LABORATORI DE L’ESTUDIANT
NIVELL DE L’EXPERIMENT: Senzill
* Aquests documents estan a disposició dels grups d’edat d’11-13 i 14-18 anys en diverses llengües.
ELS DOCUMENTS ES PODEN TROBAR A WWW.NANOYOU.EU.
Aquests documents de NANOYOU es distribueixen amb una llicència de Creative Commons – Attribution-
NonCommercial-ShareAlike, llevat que s’indiqui altrament. Cal tenir en compte que algunes de les imatges que conté
aquest PowerPoint estan protegides amb drets d’autor, i que per tant per reutilitzar-les fora d’aquest document cal el
permís del titular dels drets originals. Per a més detalls vegeu la diapositiva 14.
AVÍS D’EXEMPCIÓ DE RESPONSABILITAT: En els experiments que es descriuen en el dossier de formació següent es fan servir productes químics que cal utilitzar seguint les
especificacions de seguretat del fabricant i la normativa de seguretat específica de l’escola. La protecció personal s’ha d’utilitzar seguint les indicacions corresponents. Com
amb tots els productes químics, cal prendre precaucions. Els sòlids no s’han d’inhalar, i cal evitar-ne el contacte amb la pell, els ulls o la roba. Cal rentar-se bé les mans després
de manipular-los, i s’han de llençar seguint les indicacions corresponents. Tots els experiments s’han de realitzar en presència d’un educador format per ensenyar ciència. Tots
els experiments es duran a terme sota la pròpia responsabilitat de cadascú. La Universitat d’Aarhus (iNANO) i el consorci NANOYOU en el seu conjunt no es fan responsables
dels danys o les pèrdues que puguin produir-se com a conseqüència de la realització dels experiments descrits.

3. Nanomaterials naturals
EXPERIMENT A
NIVELL D’EDAT: 11-13 i 14-18 ANYS

4. Experiment A – Nanomaterials naturals
Un concepte fonamental de la nanociència
"La naturaleza benigna provee de manera que en
cualquier parte halles algo que aprender“ Da Vinci.
Propietats Exclusives Interacció: llum, aigua
Materials “Macro”
NATURA Nano-estructures Molècules ordenades
Exemples:
Escarabat. Desert de Geco. Tot el mon Papallona Blava. Selva
Namib. tropical del Centre i Sudamerica.

5. Experiment A – Nanomaterials naturals
Provar els col·loides naturals
COL·LOIDE: és la suspensió homogènea de partícules petites
en un mitjà.
Solució: Suspensió de molècules en
un mitja.
Molècula: Ordre del nm.
Partícula: Ordre 10nm -300nm. llet sal
Efecte Tyndall
Efecte Tyndall: Dispersió de la llum al travessar un col·loide.
Exemples:
Gelatina Llet

6. Experiment A – Provar els col·loides naturals
GELATINA: Proteïna produïda per la hidròlisis parcial del col·lagen que es
troba a la pell i els ossos del animals.
DE QUINA MANERA ÉS “NANO”?
Microscopi de Força Atòmica (AFM) revela la presència de
nanoestructures.
Pell de peix gat: Porus anulars de 118 nm de diàmetre i nano-agregats
esfèrics d’uns 260 nm de diàmetre. Figura 2
LLET: Les proteïnes de la llet (caseïnes) s’autoassocien en nanoestructures
anomenades micel·les de caseïna.
DE QUINA MANERA ÉS “NANO”?
Microscopi de Força Atòmica (AFM) revela la presència de
Nanoestructures d’entre 50 i 300 nm.

7. Experiment A - Protocol
Material:
Taula professors: Taula comú:
Per taula Gots de plàstic
1 Gelatina Cinta de ph
1 Laser Llet descremada
1 Plat de plàstic o safata de pesada. Vinagre vi blanc
3 Vasos de precipitats 50 ml Guants de Latex
1 Hotplate stirrer Aigua
1 Barra magnètica
1 Ulleres de protecció
1 Termòmetre
Culleretes
Seguretat:
Aquest experiment no utilitza productes químics, però es possible tacar-se.
Utilitzar bata i guants.
LA SEGURETAT ES MOLT IMPORTANT EN QUALSEVOL TIPUS
D'EXPERIMENT!!

8. Experiment A - Protocol
1) Interacció de la llum amb Col·loides.
Quina es un col·loide?

9. Experiment A – Nanomaterials naturals
Un concepte fonamental de la nanociència
Nanoestructura significa funció i propietats.
→ Hi ha quatre tipus de caseïnes, 1, 2, i k, que difereixen en la seqüència
d’aminoàcids i en la localització i la quantitat de les regions hidròfobes/hidròfiles.
Figura 3. Nanoestructura de la caseïna de la llet (Crèdits de la imatge: vegeu la diapositiva 14)

10. Estructura i funció de les micel·les de caseïna
Les micel·les de caseïna contenen fosfat de calci
inorgànic, que existeix en forma de petites inclusions
microcristal·lines que s’anomenen nanoclústers de
calci (CCP).
COM ES UN COLIDE DE CASEïNA?
→ El primer enllaç és hidròfob, quan dues o més
regions hidròfobes de molècules diferents (caseïnes i
caseïnes ) formen un clúster unit. S’indiquen amb una
barra rectangular en la figura 4. Figura 4. Model de doble enllaç en
micel·les de caseïna, amb les caseïnes ,
i k representades tal com s’indica.
(Crèdits de la imatge: vegeu la diapositiva
→ El segon enllaç correspon a les regions de càrrega 14)
hidròfila que contenen clústers de fosfoserina que
s’uneixen a nanoclústers de fosfat de calci col·loïdals
(que s’indiquen com a CCP en la figura 4).

11. Trencament de la integritat de les micel·les de
caseïna
El manteniment de la integritat micel·lar (propietats
de la llet) és un joc d’equilibri, i hi ha nombrosos
mètodes per trencar aquest equilibri.
Visió general dels mètodes:
→ augmentar el pH (fins al voltant de 8) provoca
la dissociació de les micel·les de caseïna, i
l’efecte que s’obté és que la llet escalfada esdevé Figura 6 Model proposat de
nanoestructura de la caseïna
més translúcida (la càrrega de les micel·les perd de llet. (Crèdits de la imatge:
neutralitat, i s’allibera calci). vegeu la diapositiva 14)
→ disminuir el pH fins al punt isoelèctric (4,6)
indueix la dissociació de les micel·les de caseïna Comprovat en
(valoració dels grups fosfoseril i carboxil de les aquest
proteïnes, que ja no s’uneixen al calci). La experiment
dissociació depèn de la temperatura.

12. Experiment A - Protocol
Material:
Taula professors: Taula comú:
Per taula Gots de plàstic
1 Gelatina Cinta de ph
1 Laser Llet descremada
1 Plat de plàstic o safata de pesada. Vinagre vi blanc
3 Vasos de precipitats 50 ml Guants de Latex
1 Hotplate stirrer Aigua
1 Barra magnètica
1 Ulleres de protecció
1 Termòmetre
Culleretes
Seguretat:
Aquest experiment no utilitza productes químics, però es possible tacar-se.
Utilitzar bata i guants.
LA SEGURETAT ES MOLT IMPORTANT EN QUALSEVOL TIPUS
D'EXPERIMENT!!

13. Experiment A - Protocol
2) La llet i les seves propietats.
PROVA 1: PROVA 2:
- Calenta la llet fins a uns 60ºC. - Llet a Temperatura Ambient.
- Afegeix-hi 1 cullerada de Vinagre. - Afegeix-hi 1 cullerada de Vinagre.
-REMENAR. -REMENAR.

14. Afegir vinagre a la llet
→ El vinagre és una font d’àcid acètic.
→ En afegir vinagre a la llet en reduïm el pH (comproveu-ho amb
un mesurador de pH).
Escalfeu llet a 60 °C i afegiu-hi vinagre: de seguida es forma
una quallada. Per què? L’acidificació fa que les micel·les es
dissociïn (les micel·les alliberen fosfat de calci) i que s’agreguin a
causa d’un increment de les forces electrostàtiques i d’una major
interacció hidròfoba.
Afegiu vinagre a llet freda: la llet no s’aglomerarà, sinó que
només s’espessirà una mica. Per què? Les micel·les de caseïna
són estables a causa d’una interacció de les forces
electrostàtiques i la interacció hidròfoba. L’acidificació provoca que
les micel·les es dissociïn (les micel·les alliberen fosfat de calci),
però les interaccions hidròfobes mantenen l’estabilitat de les
micel·les de caseïna en la llet freda.
Analogia: llet deixada a la nevera més enllà
de la data de caducitat (àcid làctic).

15. Crèdits de les imatges
Figura 1: Provant una mostra de gelatina amb un llapis làser. (Crèdits de la imatge: L. Filipponi, iNANO,
Universitat d’Aarhus, Creative Commons – Attribution-Non-Commercial ShareAlike 3.0).
Figura 2: Imatges AFM de gelatina extreta de peix gat americà que revelen la presència de nanoestructures
esfèriques. (Crèdits de la imatge: reimpresa amb permís de Wiley-Blackwell Publishing Ltd de Yang et al., Journal
of Food Science (2006), 72(8), pàg. c430-c440, copyright (2006) Wiley-Blackwell Publishing Ltd.
Figura 3 (esquerra): Estructures esquemàtiques de caseïnes i els seus polímers. Els rectangles de les imatges
representen les regions hidròfobes. Reimpresa de: Horne D.S., Inter. Dairy Journal (1998), 8 (3), 171-177, amb
permís d’Elsevier.
Figura 3 (centre): Model de doble enllaç en micel·les de caseïna, amb les caseïnes , i k representades tal com
s’indica. Reimpresa de: Horne D.S., Inter. Dairy Journal (1998), 8 (3), 171-177, amb permís d’Elsevier.
Figura 3 (dreta): Imatge AFM de micel·les de caseïna de la llet. (Reimpresa amb permís de: Shekar et al., PNAS
[23 de maig del 2006], vol. 103, núm. 21, pàg. 8.000-8.005. Copyright 2006 National Academy of Sciences, EUA).
Figura 4: Vegeu la figura 3 (centre).
Figura 5: Vegeu la figura 3 (esquerra, centre i dreta).
Figura 6: Vegeu la figura 3 (centre).