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SOLUCIÓN TALLER DE APRENDIZAJE N3

ESTRUCTURACIÓN DIDÁCTICA DE LAS ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 3.1. Actividades de apropiación del conocimiento (Conceptualización y teorización) Taller de Aprendizaje: El taller propuesto para esta semana contiene 3 puntos: I.

Investigación:

a. Escoja uno de los siguientes 3 términos: a. Celda fotovoltaica b. Nanocápsulas de oro c. Autoensamblaje b. Realice una pequeña investigación del término escogido y su relación con las aplicaciones de la nanotecnología. c. Escriba un informe de mínimo 150 palabras, en el cual muestre los resultados de su investigación. Puede utilizar imágenes, videos, o cualquier recurso que pueda enriquecer su escrito. Nanocápsulas de oro Las nanopartículas de oro (AuNPs), exhiben unas excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas, que son intrínsecas a su «tamaño manométrico». Destacan especialmente sus peculiares e inesperadas propiedades fototérmicas, por las que al ser activadas en presencia de luz láser, desprenden calor, actuando como auténticos «nanocalefactores». Las AuNPs pueden ser producidas con distintos tamaños y formas y ser fácilmente funcionalizadas con un amplio abanico de ligandos (anticuerpos, polímeros, sondas de diagnóstico, fármacos, material genético…). Por todo ello, las AuNPs despiertan un gran interés en el campo de la biomedicina. UTILIZACIÓN DEL ORO CON FINES TERAPÉUTICOS  En el siglo XVI el oro era utilizado para tratar la epilepsia y a principios del siglo XIX era el fármaco de elección para el tratamiento de la sífilis.  El descubrimiento por Robert Koch del efecto bacteriostático del cianuro de oro frente al bacilo de la tuberculosis, marca el comienzo su utilización en medicina moderna siendo introducido en la terapia de la tuberculosis en 1920  Una de las indicaciones actuales más importantes del oro es en el tratamiento de la artritis reumatoide y otras enfermedades reumáticas, incluyendo psoriasis y lupus eritematoso INTERÉS DE LAS NANOPARTÍCULAS DE ORO

Las AuNPs presentan, en principio, una baja toxicidad y, como acabamos de comentar, unas propiedades peculiares e increíblemente interesantes las cuales pueden ser, modificadas mediante su funcionalización con múltiples ligandos, con la finalidad de obtener nanosistemas óptimos para las distintas aplicaciones terapéuticas. APLICACIONES TERAPÉUTICAS DE LAS NANOPARTÍCULAS DE ORO  Liberación de fármacos y macromoléculas terapéuticas. Estudios recientes confirman el gran potencial de las AuNPs en la elaboración de nanotransportadores de fármacos y macromoléculas terapéuticas. Las AuNPs también son útiles en la preparación de «sistemas inteligentes» que liberan la molécula terapéutica encapsulada como consecuencia de la activación de un estímulo interno (liberación mediada por un cambio de pH o liberación mediada por glutatión) o externos (liberación desencadenada por una fuente de luz láser).  Terapia génica. Representa una novedosa estrategia para el tratamiento de diversas enfermedades genéticas o adquiridas, resultando particularmente prometedora en el tratamiento de ciertos cánceres. El éxito de esta modalidad terapéutica depende de la identificación de un vehículo adecuado para transportar el material genético (DNA plasmídico, RNA de interferencia, oligonucleótidos antisentido…). Para ello, un nano-transportador ideal ha de proporcionar al ácido nucleico una protección eficaz frente a la degradación por las nucleasas, favorecer su internalización al interior de las células y permitir una liberación en forma funcional en el núcleo de las mismas.  Terapia del cáncer El desarrollo de un nanosistemas terapéutico basado en AuNPs, que pueda ser dirigido al lugar adecuado y activado desde el exterior por una fuente luminosa apropiada (rayos láser), ofrece incuestionables ventajas en el tratamiento del cáncer por dos posibles mecanismos: (a) efecto hipertérmico localizado de las AuNPs. (b) liberación de un posible fármaco antitumoral asociado a las AuNPs, como consecuencia de la incidencia de luz láser.

Ilustración 1. Diversas nanoestructuras conteniendo oro.

Ilustración 2 Nanopartícula de oro multifuncional que incorpora ligandos de vectorización, diagnóstico por imagen y entidades terapéuticas entre otros. En el esquema se incluye el calentamiento de la nanopartícula (efecto hipertémico) desencadenado por una fuente de radiación luminosa (láser). Únicamente son necesarios los componentes seleccionados para cada aplicación.

Ilustración 3 Principales aplicaciones terapéuticas de las nanopartículas de oro.

Ilustración 4 Diagrama esquemático que muestra el recubrimiento de una nanopartículas de oro con el polímero quitosano y la asociación posterior de insulina.

Ilustración 5 Liberación fototérmica de FITC-dextrano a partir de una microcápsula conteniendo AuNPs en su cubierta, por irradiación de luz: (a) Microcápsula conteniendo FITC-dextrano en el interior y AuNPs en la cubierta; (b) Estimulación fototérmica de la microcápsula y ruptura de la cubierta; (c) Liberación de la macromolécula terapéutica.

II.

Instrumentos usados para la caracterización de materiales a nanoescala: Diligencie el siguiente cuadro cuidadosamente:

Instrumento

TEM

SEM

AFM

Significado

Microscopía Electrónica de Transmisión

Microscopia Electrónica de Barrido

Microscopia de Fuerza Atómica

Resolución

capacidad de resolución de hasta 0.23 nm entre puntos y 0.14 nm entre líneas,

Hasta los 100 Å, resolución muy superior a cualquier instrumento óptico.

Resolución de tamaños que va desde los micrones hasta los nanómetros.

Funcionamiento

Se basa en utilizar electrones para iluminar un objeto, y esto se consigue gracias a que la longitud de onda de los electrones es mucho menor que la de la luz, y permite ver estructuras mucho más pequeñas.

Consiste en hacer incidir un barrido de haz de electrones sobre la muestra. La muestra (salvo que ya sea conductora) está generalmente recubierta con una capa muy fina de oro o carbón, lo que le otorga propiedades conductoras. La técnica de preparación de las muestras se denomina “sputtering” o pulverización catódica.

es un instrumento mecanoóptico capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewtons.

Ventajas

 Resultados muy precisos de amplia resolución y magnificación.  Puede aumentar un objeto hasta 1 millón de veces.

Desventajas

 a investigadores privilegiados  Complejidad de los equipos: susceptibles a la descalibración.

Las aplicaciones son múltiples  Las muestras no requieren y muy útiles donde otros preparación especial o un análisis y ensayos comunes ambiente de vació para en los laboratorios su funcionamiento. tradicionales de construcción no pueden llegar.

 No da información sobre el metabolismo de los especímenes.  Personal especializado

 No es posible observar procesos celulares vivos, como en el microscopio óptico

Imagen

Luego, realice una comparación entre cada uno de los instrumentos nombrando sus principales similitudes y diferencias. En TEM y SEM se obtienen imágenes que permiten la observación y caracterización superficial de materiales inorgánicos y orgánicos, entregando información morfológica del material analizado; y a partir de ellos se producen distintos tipos de señal que se generan desde la muestra y se utilizan para examinar muchas de sus características, se pueden observar los aspectos morfológicos de zonas microscópicas de diversos materiales, además del procesamiento y análisis de las imágenes obtenidas, además que en SEM, gracias a la retrodispersión de electrones y sensores adecuados, se puede inclusive hacer un análisis elemental de la muestra, es decir, saber su composición exacta. Por otra parte, el funcionamiento de AFM es bajo un principio distinto, no obstante, tiene fines similares y depende ya de la muestra en específico a analizar, siendo muy útil sobre todo en crear mapeos en tres dimensiones de distintas superficies, haciéndolo útil para verificar técnicas de depósito en películas delgadas, por poner un ejemplo; al realizar medidas de fuerza, también resulta muy útil para caracterizar propiedades elásticas o interacciones muy específicas entre determinadas partículas. III. “Un niño y su átomo”. Explore a través del siguiente enlace: http://www.youtube.com/watch?v=dLr4rt4HaGA la película más pequeña del mundo hecha en el año 2013 por investigadores del IBM. Luego investigue y anote en su documento de texto: a. ¿Quiénes fueron los científicos que crearon la película? R/= fue creada por un equipo de científicos de IBM del Almaden Research Center en San José, California. b. ¿Cómo fue hecha la película? R/= Los investigadores de IBM utilizaron un microscopio de efecto túnel para mover miles de moléculas de monóxido de carbono (dos átomos apilados uno encima de la otro), para hacer una película tan pequeña que se puede ver sólo cuando se aumenta que 100 millones de veces. Una película hecha con átomos. c. ¿Qué características, aplicaciones y usos tiene el microscopio utilizado para realizar la película?

R/= una de las características del microscopio de efecto túnel es que es un instrumento para tomar imágenes de superficies a nivel atómico. Sus aplicaciones más comunes son espectroscopia de efecto túnel, Manipulación de la topografía de una muestra, Introducción de electrones por litografía, Deposición atómica, Rotación de enlaces. El STM puede ser usado en alto vacío, aire, agua, y varios líquidos o gases. d. ¿Cuál es la relación de la memoria atómica y el almacenamiento de datos con la película? R/= una memoria atómica solo una 12 átomos para almacena 1 bits mientras que una RAM o almacenamiento de datos usa 1.000.000 de átomos para almacenar un bits.,

Bibliografías.            

https://www.analesranf.com/index.php/mono/article/viewFile/994/1028 http://www.uco.es/~iq2sagrl/nanomateriales/Tema8-diapositivas.pdf http://www.scai.uma.es/servicios/area_microscopia/tem/tem.html http://electronicoscopio.blogspot.com.co/ https://prezi.com/glltrx-h2cld/microscopia-electronica-de-transmisiontem/ https://es.slideshare.net/erick_echev/microscopia-14912419 https://www.patologiasconstruccion.net/2012/12/la-microscopiaelectronica-de-barrido-sem-i-concepto-y-usos/ http://www.cicima.ucr.ac.cr/equipos/11-equiposafm https://prezi.com/3swo47hyzjty/microscopio-de-fuerza-atomica/ https://es.slideshare.net/JonathanSavion/1414-l-prctica-3-microscopaelectrnica-sem-tem-fib-afm https://nanocienciainforma.wordpress.com/microscopio-de-efectotunel-scanning-tunneling-microscope-stm/ http://www.microsiervos.com/archivo/tecnologia/12-atomosnecesarios-almacenar-un-bit.html