Este documento resume las principales ideas de la nanotecnología, incluyendo una breve historia, definiciones clave, técnicas como microscopía de fuerza atómica y litografía, y aplicaciones en una variedad de sectores como electrónica, medicina, energía y más. También discute conceptos como el efecto del tamaño a escala nanométrica y enfoques de fabricación ascendente y descendente.

1. Nanotecnología: del laboratorio al supermercado,
del sueño a la realidad, las luces y las sombras
Dr. Pedro A. Serena
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid
Consejo Superior de Investigaciones Científicas
Campus de Cantoblanco, 28049-Madrid
e-mail: pedro.serena@icmm.csic.es
Universidad Popular de Tres Cantos
5 de abril de 2016

2. Mariposa,
colores
Hojas de loto o
nenúfares…que no se
pudren.

3. Rosetón
Notre Dame
(1250)
Vidrio,
Luz

4. Menos humos…

5. ¿DE QUÉ ESTAMOS
HABLANDO?
¿POR QUÉ “NANO”?

6. ÁTOMOS, MOLÉCULAS, MACROMOLÉCULAS…:
EN EL REINO DEL NANOMETRO
1 nm = 10-9 m
1 nm = 0.000000001m
1 nm = 0.000001 mm
1 nm = 0.001 µm

7. El salto hacia la Nanotecnología:
Una posibilidad fascinante.
Richard P. Feynman (Premio Nobel en 1965)
There's Plenty of Room at the Bottom
29 de diciembre de 1959
(Publicada en 1960, Caltech Science and Technology)
“The principles of Physics, as far as I can see, do not
speak against the possibility of maneuvering things
atom by atom. It is not an attempt to violate any laws;
it is something, in principle, that can be done; but in
practice, it has not been done because we are too
big”.
http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html

8. ¿Qué entendemos por
Nanociencia y Nanotecnología?
Cuando se desee trabajar a escala nanométrica nos
vamos a enfrentar con la posibilidad de observar,
entender (NANOCIENCIA), fabricar, manipular y
ensamblar (NANOTECNOLOGÍA) de forma adecuada
pequeñas unidades funcionales: átomos, moléculas,
proteínas, cadenas de ADN, nanopartículas -
metálicas, semiconductoras, cerámicas, polimérias -,
virus, membranas celulares, puntos cuánticos, etc).
El término “Nanotecnología” fue acuñado en 1974 por el
Ingeniero Prof. Norio Taniguchi (Universidad de Tokio)
dentro del contexto de la futura fabricación de
componentes electrónicos con gran precisión.

10. Efectos de tamaño debidos al cambio superficie/volumen:
A medida que un material se presenta en forma de grano,
polvo, nanopolvo, etc se modifican ciertas propiedades por el
hecho de aumentar su ratio superficie/volumen.
+ PEQUEÑO = + REACTIVO

11. + PEQUEÑO = + PODER PENETRACIÓN

12. + PEQUEÑO = + RÁPIDO
2009:
Intel Xeon Nehalem
W5580
751.000.000
transistors
263 mm²
4 cores
3.2 GHz, 130 W
50 GigaFLOPS
1948:
Brattain, Bardeen,
Schockley -
Transistor Effect
(PN 1956)
1959: Integrated Circuit -
Texas Instruments (J.S.
Kilby, PN 2000).
1968: MBE (Molecular Beam
Epitaxy) (A.Y. Cho y J. Arthur).
1960’s:
Single
transistors
2015:
IBM Z13
3.900.000.000
transistors
678 mm2
22 nm CMOS
5.2 GHz

13. + PEQUEÑO = + ALMACENAMIENTO

14. Nanopartículas de CdSe Nanopartículas de oro
LO NANO ES DIFERENTE: LUZ Y TAMAÑO

15. Nanotubo (4,4): metálico
Nanotubo (7,0): aislante
Fullereno C60
(Smalley, Curl y Kroto)
( 1989)
Nanotubos
(Ijima @NEC)
( 1991)
Página WEB del Prof.
Smalley
http://cnst.rice.edu/
LO “NANO” ES DIFERENTE: FULLERENO,
GRAFENO, NANOTUBOS DE CARBONO,
"intrinsic rippling of monolayer
graphene"
Mr. Torge Mashoff. RWTH
Aachen University (Germany)
.
Grafeno
(Geim, Novoselov)
( 2004)

16. + PEQUEÑO = + ENTENDEMOS LO “BIO”

17. ¿CÓMO HEMOS LLEGADO
A LO “NANO”?

18. H. Rohrer y G. Binnig desarrollan a principios de los años 80 una
herramienta que cambia la ‘metodología’ y la forma de abordar el
estudio de los sistemas nanométricos: el Microscopio de Barrido
Túnel (STM). Ambos recibieron el Premio Nobel de Física en 1986.
Del ‘nanocontrol’ han surgido poderosas herramientas como el
Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM) (1985, Binnig, Quate,
Gerber).
MICROSCOPIO DE EFECTO TÚNEL (STM)

19. STM
AFM

20. Ang Li (Singapur)
This image shows the surface of a Plasmodium malariae infected red blood cell is covered
with densly patterned bumps. These bumps are the malaria parasite protein clusters
exported to the host cell surface. Their base diameter is only about 50nm and the height is
less than 10nm.

21. Compactación de ADN en tiempo real causado por la proteína AbF2.
AFM: EL MICROSCOPIO DE FUERZAS ATÓMICAS

22. Superficie de Niquel (110)
DE PASEO POR EL NANOMUNDO

23. Logotipo de IBM con 35 átomos de Xe sobre superficie de Ni.
D. Eigler y K. Schweizer
Almaden IBM Research Lab.
(1990)

24. MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE
TRANSMISIÓN (TEM)
Electron microscope
Titan (80-300)

25. SINCROTRÓN: UNA FUENTE DE RAYOS X
ALBA – CELLS: Cerdanyola del Valles

26. 8.1nm
1000 nm1000 nm
¿QUÉ COSAS SABEMOS HACER YA?

27. NANOTECNOLOGIA
FíSICA
QUÍMICA
INGENIERIA
MODELIZACION
BIOLOGIA
LA CONSECUENCIA DEL CARÁCTER
MULTIDISCIPLINAR…
SECTORES MÚLTIPLES DE APLICACIÓN.

28. 0,1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 mm 10 mm 100 mm 1 mm
“BOTTOM-UP”
• Síntesis química
• Autoensamblado
• Autoorganización
• Deposición
“TOP-DOWN”
• Litografía óptica
• Nanolitografía
electrónica
• Molienda
• Desgaste (FIB)
NANOESTRUCTURAS
• Nanopartículas
• Nanotubos
• Nanohilos
• Puntos cuánticos
• Capas delgadas
• Multicapas
• Nanocomposites
• Dendrímeros
• Nanoporosos
• Zeolitas
NANOTECNOLOGIA
DOS CAMINOS HACIA LO “NANO”…

29. “TOP-DOWN”: MBE + LITOGRAFÍA + FIB
Multicapas: mediante técnicas de MBE (crecimiento
epitaxial por haces moleculares) es posible crecer capas
de materiales diversos para obtener materiales
combinados que presentan propiedades nuevas (ópticas,
magnéticas, de transporte, etc, etc).

30. ENTENDIENDO EL
COMPORTAMIENTO
DE LAS NEURONAS
MEDIANTES CHIPS
DE
NANOELECTRODOS

31. LITOGRAFÍA MEDIANTE NANO-IMPRESIÓN

32. SÍNTESIS DE NANOPARTÍCULAS
γ-Fe2O3 / Fe3O4

33. X. Gao et al., Nature Biotechnology 22 (2004) 969
Detección cancer de próstata
Nanopartículas funcionalizadas
15 nm
NP (d: 5nm)
núcleo-corteza CdSe-ZnS
NANOTECNOLOGÍA
Y MEDICINA

34. Zeolitas: claves para los catalizadores. Sustancias con muchísima superficie efectiva. El
tamaño de los poros permite controlar el tipo de productos de la reacción .
ZEOLITAS Y MATERIALES MESOPOROSOS.
Esta zeolita (ITQ-21) está formada por un entramado
tridimensional de poros que contiene cavidades de
1,18 nm de ancho accessibles a través de seis
ventanas circulares de 0,74 nm de diámetro.
Zeolita usada para la síntesis de gasolina.
Mobil.

35.  Cortex neuronal cells were cultured for 96 hours on
CNT islands
Inverted
microscope
images of self-
organized
neuronal networks
with pre-designed
geometry on CNT
islands.
After 1 h of culture After 96 h of culture
CNTs COMO BASE PARA REGENERACIÓN
NEURONAL

36. Carbon nanotube computer, Nature 501, 526–530 (26 September 2013)
The nanotube processor is made up of 178 transistors, each of which
contains carbon nanotubes that are about 10 to 200 nanometer long. The
carbon nanotube processor is comparable in capabilities to the Intel 4004,
that company’s first microprocessor, which was released in 1971.
PROCESADOR DE NANOTUBOS DE CARBONO

37. Graphene nanomesh, Jingwei Bai, X. Duan, et al. Nature Nanotechnology 5, 190 - 194 (2010)
High-speed graphene transistors with a self-aligned nanowire gate, Lei Liao,Xiangfeng Duan et
al.,Nature 467, 305–308 (2010)
Very large magnetoresistance in graphene nanoribbons, Jingwei Bai, Xiangfeng Duan, Nature
Nanotechnology 5, 655–659 (2010)
100-300 GHz
Movilidad (20.000
cm2/Vs) 2 veces
superiores a
transistores de Si
GRAFENO: FUTUROS TRANSISTORES

38. GRAFENO Y PLANTALLAS PLANAS
Nanotechnology: Graphene touch, Nature
465,988 (24 June 2010)
Researchers at the Chongqing Institute
of Green and Intelligent Technology at
the Chinese Academy of Sciences in
west China have succeeded in making
their first 15-inch layer graphene
together with a seven-inch graphene
touch screen.
ACS Nano, 4(1), 2010, ‘Organic Light-Emitting
Diodes on Solution-Processed Graphene
Transparent Electrodes’.

39. “A Logic-Gated Nanorobot for Targeted Transport of Molecular
Payloads”, Shawn M. Douglas, et al., Science 335, 831 (2012)
http://metamodern.com/2009/05/10/a-dna-origami-box/
ADN COMO ELEMENTO CONSTRUCTIVO

40. NANOTECNOLOGIA
FíSICA
QUÍMICA
INGENIERIA
MODELIZACION
BIOLOGIA
LA CONSECUENCIA DEL CARÁCTER
MULTIDISCIPLINAR…
SECTORES MÚLTIPLES DE APLICACIÓN.
ELECTRÓNICA
SALUD
TRANSPORTE
AGRICULTURA
ENERGÍA
MEDIOAMBIENTE
CONSTRUCCIÓN
MATERIALES
ALIMENTACIÓN
TEXTIL
TEC. FABRICACIÓN

41. NANOTECHNOLOGY
WORLDWIDE: FUNDING,
PUBLICATIONS, PATENTS AND
MARKET

42. PUBLICACIONES EN NANOTECNOLOGIA
http://statnano.comhttp://statnano.com

43. PATENTES EN NANOTECNOLOGIA (EPO)
http://statnano.com
http://statnano.com

44. “Two-thirds of graphene patents held by just three countries”
Michael Allan McCrae | April 2, 2013
http://www.mining.com/three-countries-dominate-graphene-patents-71795/
¿Y España? ¿Dónde está España?
PATENTES EN GRAFENO

45. http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/

46. Apple: iPOD-Nano
La primera aplicación obvia con la que ya convivimos es la de la
informática y las comunicaciones. Los procesadores y memorias
se fabrican utilizando tecnologías de 65 y 45 nm. La capacidad de
almacenamiento se ha disparado y los pendrive, los reproductores
MP3, MP4, etc, han pasado de albergar 32 MB, a 64 MB, a 128 MB,
…a 1GB…a 4GB, 80 GB…Existen discos duros de 1 TB.
DEL LABORATORIO A LOS ESCAPARATES

47. DIODOS LED: PREMIO NOBEL DE FÍSICA

48. NANOMATERIALES A LA CARTA: NANOPARTICULAS DE ORO
http://www.alibaba.com/trade/search?fsb=y&IndexArea=product_en&CatId=&Sear
chText=gold+nanoparticle
¡299 productos!

49. NANOTECNOLOGÍA Y DEPORTES

50. http://www.nanotechnology.de/ntforum/download/03_Bullinger_Fraunhofer.pdf
http://www.aiha.org/localsections/html/W.Mich/PDFs/Nanotechnology-WMIHS-PDC-DArcy.pdf
http://delphi.com/pdf/techpapers/2010-01-1149.pdf
NANOTECNOLOGÍA Y AUTOMOCIÓN

51. Nanoparticulas en cementos
SiO2 nanoparticulas en:
ChronoliaTM, AgiliaTM y DuctalTM de
Lafarge
EMACO®Nanocrete by BASF.
Cementos fotocatalíticos:
TioCem TX Active (Heidelberg Cement),
NanoGuardStone‐Protect de Nanogate AG
TX Arca and TX Aria (ItalCementi)
NANOTECNOLOGÍA Y CONSTRUCCIÓN
Iglesia del Jubileo (Roma)

52. FOTOSÍNTESIS ARTIFICIAL
Panasonic ha desarrollado un material electrónico que es capaz de realizar
fotosíntesis artificial con una eficiencia mayor que la de las plantas (Sept. 2014)
El sistema de Panasonic es capaz de producir metano y etanol a partir de dióxido de
carbono. Panasonic comenzó en 2009 su investigación para desarrollar un material
capaz de imitar artificialmente la fotosíntesis de las plantas, que convierte dióxido de
carbono y agua en energía química, utilizando la luz del sol. Las plantas tienen una
eficiencia de conversión de alrededor del 0,2%, el material desarrollado por
Panasonic ha alcanzado el 0,3%. El material, que podría llegar a la eficiencia del 1%
necesaria para su uso comercial, está basado en un semiconductor de nitruro de
galio, una sustancia que emite luz, mezclado con indio. Al utilizar cobre como
catalizador, se puede convertir la luz solar, agua y dióxido de carbono en
combustibles como el metano y etanol.

53. NANOTECNOLOGÍA Y COSMÉTICA

54. NANOTECNOLOGÍA Y ALIMENTACIÓN
PRODUCTOS CON OMEGA – 3 NANOENCAPSULADO
LIBERACIÓN CONTROLADA DE SUSTANCIAS

55. Liberación controlada y local de fármacos
http://www.abraxane.com/dtc/resources.aspx
NANOTECNOLOGÍA Y MEDICINA

56. NANOTECNOLOGÍA Y MEDICINA
http://www.magforce.de/en/home.html

57. NANOTECNOLOGÍANANOTECNOLOGÍA BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍA
TECNOLOGÍAS DE LA
INFORMACIÓN Y DE LAS
COMUNICACIONES
TECNOLOGÍAS DE LA
INFORMACIÓN Y DE LAS
COMUNICACIONES
CIENCIAS COGNITIVAS Y
NEUROCIENCIAS
CIENCIAS COGNITIVAS Y
NEUROCIENCIAS
NANONANO BIOBIO
INFOINFO COGNOCOGNO
ÁtomosÁtomos GenesGenes
BitsBits NeuronasNeuronas
NBICNBIC
COVERGENCIA NBIC

58. Center for
Responsible
Nanotechnology
RIESGOS: LAS VOCES DE ALARMA…VOCES DE ALARMA

59. http://www.etcgroup.org/es/content/retirada-de-producto-nanotecnol%C3%B3gico-del-mercado-enfatiza-la-
necesidad-de-una-moratoria
VOCES DE ALARMA

60. PRINCIPIO DE
PRECAUCIÓN
CÓDIGO DE CONDUCTA
RESPONSABLE
http://www.nanocode.eu/
¿CÓMO SEGUIMOS?
(1) PRECAUCIÓN

61. ¿CÓMO SEGUIMOS?
(2) ESTUDIOS SOBRE NANOTECOTOXICOLOGÍA
http://www.nanosafetycluster.eu/
ENNSATOX
ENPRA
ENRHES
HINAMOX
InLiveTox
MARINA
ModNanoTox
NanEx
NANODEVICE
NanoFATE
NANOfutures
NanoHouse
NanoImpactNet
NanoLyse
NANOMEGA
NANOMMUNE
NanoPolyTox
NanoReTox
NanoSustain
NanoTEST
NanoToes
NanoTransKin
etics
NanoValid
Nephh
NeuroNano
QNano
SIINN
CellNanoTox
DIPNA
NanoInteract
NANOTRANSPO
RT
NANOSH
LISTADO DE PROYECTOS DEL VII Y VI PM

62. http://icon.rice.edu/
Número de artículos
publicados en revistas
científicas donde se
analizan potenciales
riesgos de los
nanomateriales en la salud
humana o el
medioambiente
NANOTECNOLOGÍA:
EVIDENCIAS CIENTÍFICAS SOBRE RIESGOS

63. ¿CÓMO SEGUIMOS?
(3) NORMATIVA, REGULACIÓN
ISO Technical Committee (TC) 229
www.oecd.org/sti/nano
OECD Working Party on Nanotechnology
OECD WP on Safety of Manufactured
Nanomaterials
ASTM E2456 - 06 Standard Terminology
Relating to Nanotechnology
American Society for Testing and Materials (ASTM)
http://www.insht.es/portal/site/Insht/

64. http://www.insht.es/portal/site/Insht/
64
INSTITUTO NACIONAL DE SEGURIDAD E
HIGIENE EN EL TRABAJO
http://www.insht.es/portal/site/Insht/

65. http://www.nanologue.net/
¿CÓMO SEGUIMOS?
(4) PROPICIANDO QUE LOS DIFERENTES
COLECTIVOS SE INVOLUCREN (INFORMACIÓN
/ ENCUESTAS)

66. ¿CÓMO SEGUIMOS?
(5) EDUCACIÓN Y DIVULGACIÓN

67. ¿Qué sabemos de la
nanotecnología?
P.A. Serena
La Catarata-CSIC
(http://www.catarata.org)
Aplicaciones Industriales de la
Nanotecnología en España en el
Horizonte 2020
VV.AA (http://www.opti.es)
Una revolución en miniatura
A. Menéndez
Servicio de Publicaciones de la
Universidad de Valencia
La era del camaleón
María Teresa de los Arcos
Editorial Síntesis (Madrid), 2008
Claves para el
Nanomundo
André-Yves Portnoff
COTEC, 2011
http://www.cotec.es/
El nanimundo en tus manos
J.A. Marín Gago
Ed. Crítica (2014)

68. http://www.canal.uned.es/serial/index/id/875