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Micro y nanotecnología
Álex Elias Zúñiga
Ciro Rodríguez
Horacio Ahuett
Oscar Martínez
Claudia Caballero Cerón
Sarah Anzures
10.1 Descripción
10.1.1 Definición
Estudio de propiedades de estructuras funcionales con dimensiones de 1 a 100
nm para la nanotecnología, lo cual permite manipular materiales a un nivel molecular y a su vez, construir moléculas complejas mediante el avance tecnológico
hecho en precisión atómica. Por su parte la micro-tecnología genera la capacidad
de diseñar y fabricar sistemas miniaturizados con dimensiones características que
van de 1mm hasta 1micrometro. Ambas dan pie a nuevas técnicas para la creación de materiales compuestos que se pueden aplicar a la manufactura de distintos dispositivos utilizados en diversas áreas de la ciencia y de la vida cotidiana.
El propósito general de esta megatendencia se centra en alcanzar los
siguientes objetivos que permitan:
a) La obtención de ventajas competitivas implementando la nanotecnología
y buscando posicionar a las empresas en niveles tecnológicos de clase
mundial;
b) Generar conocimiento y experiencia en la caracterización,
experimentación, metodologías, métodos y procedimientos de
vanguardia que permitan el desarrollo y manufactura de dispositivos
basados en materiales nanoestructurados;
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del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey a cualquier persona y/o actividad que sean ajenas al mismo.
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CAPÍTULO 10: MICRO Y NANOTECNOLOGÍA
c) La implementación de un esquema efectivo para el desarrollo de Investigación y
Desarrollo (i & d) mediante la colaboración academia-centros de investigaciónindustria;
d) El desarrollo de capital humano en el área de nanotecnología aplicada al desarrollo
de nuevos productos.
La nanociencia consiste en el estudio de los fenómenos y manipulación de los materiales a escalas atómicas, moleculares y macromoleculares en donde sus propiedades
pueden diferir significativamente en cada una de estas escalas. Por otra parte, las nanotecnologías están relacionadas con el diseño, caracterización, producción y fabricación
de dispositivos cuyas formas y características son controladas en la escala del nanómetro.5
10.1.2 Detonadores
El avance de la nanotecnología comenzó con el descubrimiento en Japón de los nanotubos de carbón por S. Iijima en 1991 [6]. Los nanotubos de carbón son arreglos
moleculares 1/80,000 veces más delgados que el diámetro de un cabello humano o 10
veces el tamaño de un átomo de hidrógeno. Un nanotubo es una fibra hueca basada en
la estructura molecular del carbono C60. Específicamente, los nanotubos de carbono son
estructuras de capa de grafito enrolladas en forma de hélice para formar un tubo que
puede ser de una sola pared o bien multipared como el ilustrado en la siguiente figura:
Figura 10.1 Nanotubo de doble pared
Fuente: The Institute of Nanotechnology, 2002.
5) The Royal Society & The Royal Academy of Engineering. Nanoscience and nanotechnologies:
opportunities and uncertainties, July 2004.
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10.1.3 Comportamientos tecnológicos
Resulta claro que en esta megatendencia abarca rubros que van desde la medicina hasta aplicaciones aeroespaciales pasando por el uso eficiente de energía. Los tratamientos
contra enfermedades, el suministro de medicamentos y la detección de virus se vuelven
menos invasivos y más exactos, los consumidores optan por materiales más ligeros y
más resistentes, existe una preocupación por la contaminación que motiva a buscar alternativas de reciclaje, ahorro y almacenamiento de energía, la miniaturización entra a
una nueva etapa: autos, computadoras, teléfonos e información integrada a productos
comunes y los avances en la industria aeroespacial permiten el turismo espacial y la
construcción de bases en satélites cercanos a la Tierra.
10.2 Temas de investigación
Temas de investigación importantes para la megatendencia:
Tabla 10.1 Temas de investigación
Química e ingeniería de materiales
Tecnología aeroespacial
Energía y medio ambiente
Nanomanufactura
Dispositivos electrónicos
Fuente: Elaboración propia.
10.3 Tecnologías existentes
Algunas de las tecnologías existentes de mayor impacto en la megatendencia:
Tabla 10.2 Tecnologías existentes
Cristales polimétricos sintetizados
Incorporación de polímeros hidrofóbicos
Ingeniería de materiales, de precisión y de superficies
Ingeniería mecánica
Neutralización de microorganismos alterantes y
patógenos
Materiales nano-estructurados
Lipomas recubiertos con polímeros
Metales nanodepositados
Memorias de acceso magnético aleatorio
Sensores de fuerza e integrados
Puntos cuánticos luminiscentes
Súper-baterías
Superficies bioselectivas
Fuente: Elaboración propia.
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10.4 Tecnologías emergentes
Dentro de las tecnologías emergentes generadas por la megatendencia se encuentran:
Tabla 10.3 Tecnologías emergentes
Nanocables, nanocristales de silicio, nanohilos, nanolitografía y nanotubos de carbono
Biodispositivos y biomateriales
Plata nano-cristalina
Optoelectrónica
Deposición de capa atómica (ADL) y química de vapores (CVD)
Electrónica cuántica y plástica
Ingeniería genética
Fuente: Elaboración propia.
10.5 Productos y servicios
10.5.1 Lista de productos y servicios
Dentro de los productos y servicios impulsados por la megatendencia sobresalen en las
áreas de nanotecnología biomédica e industria, y micro y nanotecnología para aplicaciones eléctricas, los siguientes:
Tabla 10.4 Nanotecnología biomédica e industria
Nanotecnología biomédica e industria
Materiales termoeléctricos
Recubrimientos anti-estáticos, con aislantes térmicos, anti-adhesivos, anti-corrosivos y fotoactivos
Materiales inteligentes para vehículos espaciales y estructuras espaciales
Pantallas planas de computadoras y televisiones
Transistores orgánicos que actúan como sensores
Plataformas in vitro para detección de ácidos nucléicos y proteínas
Envases activos
Nano-polvos para protectores solares
Marcadores inteligentes para localización de células específicas
Marcadores aplicados a la imagenología y el diagnóstico biomédico
Catéteres antibacteriales
Marcadores celulares y moleculares
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Nanotecnología biomédica e industria
Electrodos de baterías
13. Filtros para potabilizar agua
15. Armazones para cultivo celular
16. Telas hidrofóbicas
Dispositivos de suministro de medicamentos para el tratamiento de cáncer de ovarios y para
destrucción selectiva de células cancerosas
Materiales con propiedades ópticas/ térmicas/ mecánicas / otras programables
Superficies biocompatibles para prótesis
Sensores de detección de elementos patógenos en alimentos
Pesticidas y fertilizantes modificados genéticamente
Telas que eliminan el mal olor
Tratamientos antibacteriales para heridas
Partículas para detección y eliminación de microbios resistentes a los antibióticos
Dispositivos inteligentes de liberación de medicamentos
Purificación de biomoléculas
Circuitos integrados (chips de silicón)
Membranas de separación y coloidales
Prótesis inteligentes
Dispositivos médicos implantables de monitoreo
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 10.5 Micro y nanotecnología para aplicaciones eléctricas
Micro y nanotecnología para aplicaciones eléctricas
Dispositivos electrónicos moleculares, médicos de superficies anti-alergénicas y optoelectrónicos
Componentes con una elevada relación de elongación/masa y optoelectrónicos
Capacitadores utilizados en autos híbridos
Computadoras ópticas
Láseres de puntos cuánticos
Microprocesadores
Reactores catalíticos
Sistemas de procesamiento de señales ópticas
Transistores orgánicos
Celdas de combustión, de energía de almacenamiento de hidrógeno, fotovoltaicas y solares
Microscopios de fuerza atómica, de resonancia magnética e híbrido
Chips de memoria de súper alta densidad
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Micro y nanotecnología para aplicaciones eléctricas
Fibra óptica
Microcomponentes mecánicos
Nano-chips multifuncionales
Semiconductores
Supercapacitores
Fuente: Elaboración propia.
10.6 Taxonomía
Tabla 10.6 Micro y nanotecnología para aplicaciones eléctricas
Área de aplicación
Área de aplicación
específica
Tecnologías
Productos y servicios
Materiales termoeléctricos
Recubrimientos antiadhesivos
Ingeniería de superficies
Recubrimientos antiestáticos
Recubrimientos con aislantes
térmicos
Recubrimientos fotoactivos
Recubrimientos anticorrosivos
Nano-películas
Nanotecnología
biomédica e industrial
Materiales inteligentes
para vehículos espaciales y
estructuras espaciales
Ingeniería de materiales
Incorporación de polímeros
hidrofóbicos
Materiales con propiedades
ópticas/térmicas/mecánicas/
otras programables
Telas hidrofóbicas
Nano-hilos
Nano-sensores
Cristales polimétricos
sintetizados
Pantallas planas de
computadoras y televisiones
Ingeniería de materiales
Superficies biocompatibles
para prótesis
Deposición química de
vapores (cvd)
Nano-litografía
Transistores orgánicos que
actúan como sensores
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Área de aplicación
Área de aplicación
específica
Tecnologías
Neutralización de
microorganismos alterantes
y patógenos
Nano-sensores
Bio-dispositivos
Sensores integrados
Biomateriales
Ingeniería genética
Ingeniería de superficies
Nano-cristales de silicio
Plata nano-cristalina
Nano-hilos
Nano-tubos de carbono
Puntos cuánticos
luminiscentes
Nanotecnología
biomédica e industrial
Nano-partículas
Plata nano-cristalina
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Productos y servicios
Sensores de detección de
elementos patógenos en
alimentos
Dispositivos médicos
implantables de monitoreo
Pesticidas y fertilizantes
modificados genéticamente
Envases activos
Telas que eliminan el mal olor
Nano-polvo para protectores
solares
Marcadores inteligentes
para localización de células
específicas
Marcadores aplicados a la
imagenología y el diagnóstico
biomédico
Partículas para detección y
eliminación de microbios
resistentes a los antibióticos
Tratamiento antibacterial para
heridas
Catéteres antibacteriales
Superficies bio-selectivas
Purificación de biomoléculas
Lipomas recubiertos con
polímeros
Dispositivo de suministro
de medicamentos para el
tratamiento de cáncer de
ovarios
Puntos cuánticos
luminiscentes
Biomateriales
Nano-cables
Nano-chips
Nano-membranas
selectivas
Marcadores celulares y
moleculares
Electrónica plástica
Circuitos integrados (chips
de silicón)
Nano-tubos de carbono
Electrodos de baterias
Deposición química de
vapores (cvd)
Membranas de separación
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Área de aplicación
Área de aplicación
específica
Nano-membranas
selectivas
Tecnologías
Productos y servicios
Deposición de capa atómica
(adl)
Membranas de separación
Ingeniería de materiales
Deposición química de
vapores (cvd)
Filtros para potabilizar agua
Ingeniería de materiales
Nanotecnología
biomédica e industrial
Ingeniería de superficies
Membranas coloidales
Sensores integrados
Dispositivos para destrucción
selectiva de células
cancerosas
Dispositivos inteligentes de
liberación de medicamentos
Nano-dispositivos
Ingeniería de materiales
Prótesis inteligentes
Plata nano-cristalina
Dispositivos para destrucción
selectiva de células
cancerosas
Biomateriales
Materiales nanoestructurados
Estructuras
Ingeniería de materiales
Armazones para cultivo
celular
Materiales nanoestructurados
Plataforma in vitro para
detección de ácidos
nucléicos y proteínas
Ingeniería mecánica
Microcomponentes
mecánicos
Memorias de acceso
magnético aleatorio
Nano-cristales
Chips de memoria de super
alta densidad
Nano-tubos
Nano-cables
Micro y
nanotecnología
para aplicaciones
electrónicas
Nano-células
Micro-componentes
Nano cristales
Nano-hilos
Nano-chips multi-funcionales
Fibra óptica
Transistores orgánicos
Nano-tubos de carbono
Componentes con una
elevada relación de
elongación/masa
Capacitadores utilizados en
autos híbridos
Dispositivos electrónicos
moleculares
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Área de aplicación
Área de aplicación
específica
Tecnologías
Productos y servicios
Nano-litografía
Dispositivos optoelectrónicos
Super-baterías
Nano-tubos de carbono
Micro-componentes
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Supercapacitores
Electrónica plástica
Semiconductores
Nano-litografía
Microprocesadores
Deposición química de
vapores (cvd)
Reactores catalíticos
Metales nanodepositados
Micro y
nanotecnología
para aplicaciones
electrónicas
Aparatos ópticos
Láser
Ingeniería de precisión
Microscopio de resonancia
magnética
Sensores de fuerza
Microscopio de fuerza
atómica
Ingeniería de precisión
Microscopio híbrido
Electrónica cuántica
Computadoras ópticas
Componentes
optoelectrónicos
Optoelectrónica
Láseres de puntos cuánticos
Sistemas de procesamiento
de señales ópticas
Celdas de energía de
almacenamiento de hidrógeno
Celdas
Super-baterías
Celdas de combustión
Celdas solares
Celdas fotovoltaicas
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